一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法，属于半导体技术领域。所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述有源层包括多个阱层和多个垒层，所述多个阱层和所述多个垒层交替层叠设置；所述有源层还包括多个GeN层，每个所述阱层和所述阱层相邻的垒层之间插入有一个所述GeN层。本发明专利技术通过在每个阱层和阱层相邻的垒层之间插入一个GeN层，可以改善载流子在有源层中的平面扩展能力，提高LED发光的均匀性和一致性。

A GaN-based Light Emitting Diode Epitaxy Sheet and Its Preparation Method

The invention discloses a GaN-based light emitting diode epitaxy sheet and a preparation method thereof, which belongs to the field of semiconductor technology. The GaN-based light emitting diode epitaxy sheet comprises a substrate, a N-type semiconductor layer, an active layer and a P-type semiconductor layer, the N-type semiconductor layer, the active layer and the P-type semiconductor layer are successively overlapped on the substrate, the active layer comprises a plurality of well layers and a plurality of barrier layers, the multiple well layers and the plurality of barrier layers are overlapped alternately, and the active layer also comprises a plurality of GeN layers. A GeN layer is inserted between each well layer and the barrier layer adjacent to the well layer. By inserting a GeN layer between each well layer and the barrier layer adjacent to the well layer, the planar expansion ability of carriers in the active layer can be improved, and the uniformity and consistency of LED luminescence can be improved.

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件。氮化镓(GaN)具有良好的热导性能，同时具有耐高温、耐酸碱、高硬度等优良特性，使氮化镓(GaN)基LED受到越来越多的关注和研究。外延片是LED制备过程中的初级成品。现有的LED外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。衬底用于为外延材料提供生长表面，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，有源层用于进行电子和空穴的辐射复合发光。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：衬底的材料通常选择蓝宝石，N型半导体层、有源层和P型半导体层的材料通常选择氮化镓基材料。由于衬底材料和氮化镓基材料为异质材料，晶格常数差异较大，因此衬底和N型半导体层之间存在较大的晶格失配。晶格失配产生的应力和缺陷会较多引入氮化镓基材料中，并在外延生长过程中不断积累，导致有源层中累积较多的应力和缺陷。由于载流子的传输会受到缺陷的影响，因此有源层中较多的缺陷会造成载流子在有源层中的平面扩展能力较差，载流子的分布不均匀，影响LED发光的均匀性和一致性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法，能够解决现有技术有源层中较多的缺陷会造成载流子在有源层中的平面扩展能力较差，影响LED发光的均匀性和一致性的问题。所述技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述有源层包括多个阱层和多个垒层，所述多个阱层和所述多个垒层交替层叠设置；所述有源层还包括多个GeN层，每个所述阱层和所述阱层相邻的垒层之间插入有一个所述GeN层。可选地，所述GeN层的厚度小于所述阱层的厚度。优选地，所述GeN层的厚度为所述阱层的厚度的1/6～1/3。更优选地，所述GeN层的厚度为0.5nm～1nm。另一方面，本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层；其中，所述有源层包括多个阱层、多个垒层和多个GeN层，所述多个阱层和所述多个垒层交替层叠设置，每个所述阱层和所述阱层相邻的垒层之间插入有一个所述GeN层。可选地，所述GeN层的生长温度小于所述阱层的生长温度，且所述GeN层的生长温度大于所述垒层的生长温度。优选地，所述GeN层的生长温度与所述阱层的生长温度之间的差值，小于所述垒层的生长温度与所述GeN层的生长温度之间的差值。更优选地，所述GeN层的生长温度与所述阱层的生长温度之间的差值，为所述垒层的生长温度与所述GeN层的生长温度之间的差值的1/10～1/2。进一步地，所述GeN层的生长温度与所述阱层的生长温度之间的差值为5℃～50℃，所述垒层的生长温度与所述GeN层的生长温度之间的差值为80℃～125℃。可选地，所述GeN层的生长压力、所述阱层的生长压力、所述垒层的生长压力相等。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在每个阱层和阱层相邻的垒层之间插入一个GeN层，GeN与GaN的晶格不同但晶格匹配度较好，可以降低有源层中的应力和缺陷，改善载流子在有源层中的平面扩展能力，提高LED发光的均匀性和一致性。而且GeN可以提供自由移动的电子，可以有效促进载流子中的电子在有源层中的平面扩展。由于电子的迁移能力比空穴强，有源层中的缺陷影响的主要是载流子中电子的平面扩展能力，因此通过在每个阱层和阱层相邻的垒层之间插入一个GeN层，促进载流子中的电子在有源层中的平面扩展，可以大大改善LED发光的均匀性和一致性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的有源层的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的制备方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片。图1为本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图。参见图1，该氮化镓基发光二极管外延片包括衬底10、N型半导体层20、有源层30和P型半导体层40，N型半导体层20、有源层30和P型半导体层40依次层叠在衬底10上。图2为本专利技术实施例提供的有源层的结构示意图。参见图2，有源层30包括多个阱层31、多个垒层32和多个GeN层33，多个阱层31和多个垒层32交替层叠设置，每个阱层31和阱层31相邻的垒层32之间插入有一个GeN层33。本专利技术实施例通过在每个阱层和阱层相邻的垒层之间插入一个GeN层，GeN与GaN的晶格不同但晶格匹配度较好，可以降低有源层中的应力和缺陷，改善载流子在有源层中的平面扩展能力，提高LED发光的均匀性和一致性。而且GeN可以提供自由移动的电子，可以有效促进载流子中的电子在有源层中的平面扩展。由于电子的迁移能力比空穴强，有源层中的缺陷影响的主要是载流子中电子的平面扩展能力，因此通过在每个阱层和阱层相邻的垒层之间插入一个GeN层，促进载流子中的电子在有源层中的平面扩展，可以大大改善LED发光的均匀性和一致性。具体地，阱层31的材料可以采用氮化铟镓(InGaN)，如InxGa1-xN，0＜x＜1；垒层32的材料可以采用未掺杂的氮化镓。可选地，GeN层33的厚度可以小于阱层31的厚度，避免GeN层太厚造成电子与空穴在GeN层中进行非辐射复合。优选地，GeN层33的厚度可以为阱层31的厚度的1/6～1/3，如1/5，实现效果好。更优选地，GeN层33的厚度可以为0.5nm～1nm，如0.8nm，有利于实际生产。具体地，阱层31的厚度可以为3nm～4nm，优选为3.5nm；垒层32的厚度可以为9nm～20nm，优选为15nm；阱层31的数量与垒层32的数量相同，垒层32的数量可以为5个～11个，优选为8个。可选地，形成GeN时，Ge源的通入速率可以为500sccm～900sccm(如700sccm)，通入时间可以为2min～5min(如3.5min)；N源的通入速率可以为40L/min～70L/min(如55L/min)，通入时间可以为2min～5min(如3.5min)。控制GeN中Ge组分的含量和厚度，进而控制GeN层提供的电子数量，避免电子与空穴在GeN层中进行非辐射复合。具体地，衬底10的材料可以采用蓝宝石(主要材料为三氧化二铝)，如晶向为[0001]的蓝宝石。N型半导体层20的材料可以采用N型掺杂(如Si)的氮化镓。P型半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述有源层包括多个阱层和多个垒层，所述多个阱层和所述多个垒层交替层叠设置；其特征在于，所述有源层还包括多个GeN层，每个所述阱层和所述阱层相邻的垒层之间插入有一个所述GeN层。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述有源层包括多个阱层和多个垒层，所述多个阱层和所述多个垒层交替层叠设置；其特征在于，所述有源层还包括多个GeN层，每个所述阱层和所述阱层相邻的垒层之间插入有一个所述GeN层。2.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述GeN层的厚度小于所述阱层的厚度。3.根据权利要求2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述GeN层的厚度为所述阱层的厚度的1/6～1/3。4.根据权利要求3所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述GeN层的厚度为0.5nm～1nm。5.一种氮化镓基发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层；其中，所述有源层包括多个阱层、多个垒层和多个GeN层，所述多个阱...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭炳磊，王群，葛永晖，吕蒙普，胡加辉，李鹏，
申请(专利权)人：华灿光电浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33