发光二极管外延片及其生长方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管外延片及其生长方法，属于半导体技术领域。外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、应力释放层、有源层和P型半导体层，缓冲层、N型半导体层、应力释放层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上；应力释放层包括依次层叠的多个复合结构，每个复合结构包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；第一子层的材料采用掺杂硅和铟的氮化镓，第二子层的材料采用掺杂硅的氮化镓，第三子层的材料采用掺杂铟的氮化镓；同一个复合结构中，第二子层中硅的掺杂浓度小于第一子层中硅的掺杂浓度，第三子层中铟的掺杂浓度大于第一子层中铟的掺杂浓度。本发明专利技术可提高LED的发光效率。

Light Emitting Diode Epitaxy Sheet and Its Growth Method

The invention discloses a light emitting diode epitaxy sheet and a growth method thereof, which belongs to the technical field of semiconductors. Epitaxial wafers consist of substrates, buffer layers, N-type semiconductor layers, stress release layers, active layers and P-type semiconductor layers. Buffer layers, N-type semiconductor layers, stress release layers, active layers and P-type semiconductor layers are stacked on the substrates in turn. Stress release layers consist of multiple composite structures, each of which consists of the first, second and third sub-layers in turn. The material of the first sub-layer is GaN doped with silicon and indium, the material of the second sub-layer is GaN doped with silicon, and the material of the third sub-layer is GaN doped with indium. In the same composite structure, the doping concentration of silicon in the second sub-layer is less than that of silicon in the first sub-layer, and the doping concentration of indium in the third sub-layer is higher than that of indium in the first sub-layer. The invention can improve the luminous efficiency of the LED.

【技术实现步骤摘要】
发光二极管外延片及其生长方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管外延片及其生长方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管。作为一种高效、环保、绿色的新型固态照明光源，LED正在被迅速广泛地应用在交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等领域。LED的核心组件是芯片，提高芯片的发光效率是LED应用过程中不断追求的目标。芯片包括外延片和设置在外延片上的电极。现有的LED外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。衬底用于提供外延生长的表面，缓冲层用于提供外延生长的成核中心，N型半导体层用于提供复合发光的电子，P型半导体层用于提供复合发光的空穴，有源层用于进行电子和空穴的复合发光。通常衬底的材料采用蓝宝石，缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层的材料采用氮化镓基材料，氮化镓基材料和蓝宝石之间存在较大的晶格失配，晶格失配产生的应力会沿外延生长的方向延伸到有源层中，影响电子和空穴的复合发光。为了释放晶格失配产生的应力，一般会在N型半导体层和有源层之间设置应力释放层。应力释放层采用多个未掺杂的氮化铟镓(InGaN)层和多个未掺杂的氮化镓(GaN)层交替层叠形成的超晶格结构。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：如果应力释放层较薄，则应力释放效果较差，晶格失配产生的应力会影响有源层中电子和空穴的复合发光，降低LED的发光效率；如果应力释放层较厚，则会影响N型半导体层提供的电子注入有源层中，也会降低LED的发光效率。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片及其生长方法，能够解决现有技术应力释放层无法有效提高LED发光效率的问题，。所述技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、应力释放层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述应力释放层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述应力释放层包括依次层叠的多个复合结构，每个所述复合结构包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层的材料采用掺杂硅和铟的氮化镓，所述第二子层的材料采用掺杂硅的氮化镓，所述第三子层的材料采用掺杂铟的氮化镓；同一个所述复合结构中，所述第二子层中硅的掺杂浓度小于所述第一子层中硅的掺杂浓度，所述第三子层中铟的掺杂浓度大于所述第一子层中铟的掺杂浓度。可选地，同一个所述复合结构中，所述第一子层中硅的掺杂浓度为所述第二子层中硅的掺杂浓度的2倍～5倍。进一步地，所述N型半导体层的材料采用掺杂硅的氮化镓，所述第一子层中硅的掺杂浓度为所述N型半导体层中硅的掺杂浓度的1/200～1/20。可选地，所述多个复合结构的所述第一子层中硅的掺杂浓度沿所述多个复合结构的层叠方向逐渐减小，所述多个复合结构的所述第二子层中硅的掺杂浓度沿所述多个复合结构的层叠方向逐渐减小。进一步地，相邻两个所述复合结构中，先层叠的所述复合结构的所述第一子层中硅的掺杂浓度为后层叠的所述复合结构的所述第一子层中硅的掺杂浓度的2倍～3倍，先层叠的所述复合结构的所述第二子层中硅的掺杂浓度为后层叠的所述复合结构的所述第二子层中硅的掺杂浓度的2倍～3倍。可选地，同一个所述复合结构中，所述第三子层中铟的掺杂浓度为所述第一子层中铟的掺杂浓度的2倍～6倍。进一步地，所述有源层包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒，所述量子阱的材料采用掺杂铟的氮化镓，所述第三子层中铟的掺杂浓度为所述量子阱中铟的掺杂浓度的1/5～1/2。可选地，同一个所述复合结构中，所述第一子层的厚度大于所述第三子层的厚度，所述第三子层的厚度大于所述第二子层的厚度。另一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、应力释放层、有源层和P型半导体层；其中，所述应力释放层包括依次层叠的多个复合结构，每个所述复合结构包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层的材料采用掺杂硅和铟的氮化镓，所述第二子层的材料采用掺杂硅的氮化镓，所述第三子层的材料采用掺杂铟的氮化镓；同一个所述复合结构中，所述第二子层中硅的掺杂浓度小于所述第一子层中硅的掺杂浓度，所述第三子层中铟的掺杂浓度大于所述第一子层中铟的掺杂浓度。可选地，所述应力释放层的生长温度低于所述N型半导体层，所述应力释放层的生长温度高于所述有源层的生长温度。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过采用多个由第一子层、第二子层和第三子层组成的复合结构形成应力释放层，应力释放层为超晶格结构，可以起到释放应力的作用。第一子层的材料采用掺杂硅和铟的氮化镓，第二子层的材料采用掺杂硅的氮化镓，第三子层的材料采用掺杂铟的氮化镓，第一子层和第二子层中可以形成载流子的运输通道，促进N型半导体层提供的电子注入有源层中；而且同一个复合结构中，第二子层中硅的掺杂浓度比第一子层中硅的掺杂浓度高，硅的掺杂浓度整体从多到少，与N型半导体层和有源层的晶格更为匹配，减少应力对有源层的影响；加上同一个复合结构中，第三子层中铟的掺杂浓度大于第一子层中铟的掺杂浓度，不但与有源层形成较优的晶格匹配，而且可以调整应力释放层内部的晶格匹配，尽可能减少延伸到有源层的应力，有效提升LED的发光效率。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应力释放层的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图。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发光二极管外延片。图1为本专利技术实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图。参见图1，该发光二极管外延片包括衬底1、缓冲层2、N型半导体层3、应力释放层4、有源层5和P型半导体层6，缓冲层2、N型半导体层3、应力释放层4、有源层5和P型半导体层6依次层叠在衬底1上。图2为本专利技术实施例提供的应力释放层的结构示意图。参见图2，在本实施例中，应力释放层4包括依次层叠的多个复合结构40，每个复合结构包括依次层叠的第一子层41、第二子层42和第三子层43。第一子层41的材料采用掺杂硅和铟的氮化镓，第二子层42的材料采用掺杂硅的氮化镓，第三子层43的材料采用掺杂铟的氮化镓。同一个复合结构40中，第二子层42中硅的掺杂浓度小于第一子层41中硅的掺杂浓度，第三子层43中铟的掺杂浓度大于第一子层41中铟的掺杂浓度。本专利技术实施例通过采用多个由第一子层、第二子层和第三子层组成的复合结构形成应力释放层，应力释放层为超晶格结构，可以起到释放应力的作用，并且与单个复合结构相比，应力释放效果特别明显。第一子层的材料采用掺杂硅和铟的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、应力释放层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述应力释放层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；其特征在于，所述应力释放层包括依次层叠的多个复合结构，每个所述复合结构包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层的材料采用掺杂硅和铟的氮化镓，所述第二子层的材料采用掺杂硅的氮化镓，所述第三子层的材料采用掺杂铟的氮化镓；同一个所述复合结构中，所述第二子层中硅的掺杂浓度小于所述第一子层中硅的掺杂浓度，所述第三子层中铟的掺杂浓度大于所述第一子层中铟的掺杂浓度。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、应力释放层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述应力释放层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；其特征在于，所述应力释放层包括依次层叠的多个复合结构，每个所述复合结构包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层的材料采用掺杂硅和铟的氮化镓，所述第二子层的材料采用掺杂硅的氮化镓，所述第三子层的材料采用掺杂铟的氮化镓；同一个所述复合结构中，所述第二子层中硅的掺杂浓度小于所述第一子层中硅的掺杂浓度，所述第三子层中铟的掺杂浓度大于所述第一子层中铟的掺杂浓度。2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，同一个所述复合结构中，所述第一子层中硅的掺杂浓度为所述第二子层中硅的掺杂浓度的2倍～5倍。3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述N型半导体层的材料采用掺杂硅的氮化镓，所述第一子层中硅的掺杂浓度为所述N型半导体层中硅的掺杂浓度的1/200～1/20。4.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述多个复合结构的所述第一子层中硅的掺杂浓度沿所述多个复合结构的层叠方向逐渐减小，所述多个复合结构的所述第二子层中硅的掺杂浓度沿所述多个复合结构的层叠方向逐渐减小。5.根据权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，相邻两个所述复合结构中，先层叠的所述复合结构的所述第一子层中硅的掺杂浓度为后层叠的所述复合结构的所述第一子层中硅的掺杂浓度的2倍～...

【专利技术属性】
技术研发人员：从颖，姚振，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