发光二极管外延片、芯片及其制备方法技术

本公开提供了一种发光二极管外延片、芯片及其制备方法，属于半导体技术领域。发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层、P型半导体层和插入半导体层，缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层、P型半导体层依次层叠在衬底上，插入半导体层位于缓冲层和未掺杂氮化镓层之间；插入半导体层内具有多个空腔，每个空腔贯穿插入半导体层；多个空腔间隔分布在第一表面上，第一表面为缓冲层远离衬底的表面；每个空腔的横截面的面积沿远离第一表面的方向先减小后增大，横截面为空腔平行于第一表面的截面。本公开有利于将射向芯片非正面的光线反射到芯片正面射出，提高LED的正面出光效率。

【技术实现步骤摘要】
发光二极管外延片、芯片及其制备方法
本公开涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管外延片、芯片及其制备方法。
技术介绍
LED(LightEmittingDiode，发光二极管)是一种能发光的半导体器件。外延片是LED制作过程中的初级成品，可以在衬底上外延生长氮化镓基材料形成。氮化镓基材料包括氮化镓、氮化铟镓、氮化铝镓等。相关技术中，LED外延片包括衬底以及依次层叠在衬底上的缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层、P型半导体层。衬底提供外延生长的表面，缓冲层为外延生长提供成核中心，未掺杂氮化镓层缓解衬底材料和氮化镓基材料之间晶格失配产生的应力，N型半导体层提供的电子和P型半导体层提供的空穴在有源层内复合发光。有源层发出的光线会射向四面八方，但是LED应用时只能使用从芯片正面(即P型半导体层所在侧)射出的光线，从芯片其它表面射出的光线都损失了，正面出光效率有待提高。
技术实现思路
本公开实施例提供了一种发光二极管外延片、芯片及其制备方法，有利于将射向芯片非正面的光线反射到芯片正面射出，提高LED的正面出光效率。所述技术方案如下：第一方面，本公开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、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层、P型半导体层和插入半导体层，所述缓冲层、所述未掺杂氮化镓层、所述N型半导体层、所述有源层、所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，所述插入半导体层位于所述缓冲层和所述未掺杂氮化镓层之间；所述插入半导体层内具有多个空腔，每个所述空腔贯穿所述插入半导体层；所述多个空腔间隔分布在第一表面上，所述第一表面为所述缓冲层远离所述衬底的表面；每个所述空腔的横截面的面积沿远离所述第一表面的方向先减小后增大，所述横截面为所述空腔平行于所述第一表面的截面。可选地，所述插入半导体层包括第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，所述第一子层、所述第二子层、所述第三子层、所述第四子层依次层叠在所述第一表面上；所述第一子层的致密度小于所述第二子层的致密度，所述第二子层的致密度小于所述第三子层的致密度，所述第三子层层的致密度大于所述第四子层的致密度。可选地，所述第一子层的生长速度大于所述第二子层的生长速度，所述第一子层的生长温度低于所述第二子层的生长温度，所述第一子层生长时氢气体积所占比例小于所述第二子层生长时氢气体积所占比例；所述第二子层的生长速度大于所述第三子层的生长速度，所述第二子层的生长温度低于所述第三子层的生长温度，所述第二子层生长时氢气体积所占比例小于所述第三子层生长时氢气体积所占比例；所述第三子层的生长速度小于所述第四子层的生长速度，所述第三子层的生长温度高于所述第四子层的生长温度，所述第三子层生长时氢气体积所占比例大于所述第四子层生长时氢气体积所占比例。可选地，所述第一子层、所述第二子层、所述第三子层、所述第四子层之间在生长速度、生长温度、以及生长时氢气体积所占比例上的差异满足如下等式：V2＝V1*(1-10％)N；T2＝T1+a*N；P2＝P1*(1+b)N；其中，V2为两个子层中致密度高的子层的生长速度，V1为两个子层中致密度低的子层的生长速度；N为变化系数，N为正数；T2为两个子层中致密度高的子层的生长温度，T1为两个子层中致密度低的子层的生长温度；a为变化温度，5℃≤a≤20℃；P2为两个子层中致密度高的子层生长时氢气体积所占比例，P1为两个子层中致密度低的子层生长时氢气体积所占比例；b为变化比例，10％≤b≤30％。可选地，所述第一子层、所述第二子层、所述第三子层、所述第四子层中均掺有杂质，所述第一子层中杂质的掺杂浓度大于所述第二子层中杂质的掺杂浓度，所述第二子层中杂质的掺杂浓度大于所述第三子层中杂质的掺杂浓度，所述第三子层层中杂质的掺杂浓度小于所述第四子层中杂质的掺杂浓度。可选地，所述第一子层的厚度小于所述第二子层的厚度，所述第二子层的厚度小于所述第三子层的厚度，所述第三子层层的厚度大于所述第四子层的厚度。可选地，所述发光二极管外延片还包括介质层，所述介质层的材料为二氧化硅，所述介质层铺设在所述空腔的壁面上。第二方面，本公开实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：在衬底上依次生长缓冲层和插入半导体层；在所述插入半导体层内开设多个空腔，每个所述空腔贯穿所述插入半导体层；所述多个空腔间隔分布在第一表面上，所述第一表面为所述缓冲层远离所述衬底的表面；每个所述空腔的横截面的面积沿远离所述第一表面的方向先减小后增大，所述横截面为所述空腔平行于所述第一表面的截面；在所述插入半导体层上依次生长未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层和P型半导体层。第三方面，本公开实施例提供了一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片包括衬底、缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层、P型半导体层、插入半导体层、N型电极和P型电极；所述缓冲层、所述未掺杂氮化镓层、所述N型半导体层、所述有源层、所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，所述插入半导体层位于所述缓冲层和所述未掺杂氮化镓层之间；所述插入半导体层内具有多个空腔，每个所述空腔贯穿所述插入半导体层；所述多个空腔间隔分布在第一表面上，所述第一表面为所述缓冲层远离所述衬底的表面；每个所述空腔的横截面的面积沿远离所述第一表面的方向先减小后增大，所述横截面为所述空腔平行于所述第一表面的截面；所述P型半导体层上设有延伸至所述N型半导体层的凹槽，所述N型电极设置在所述凹槽内的N型半导体层上，所述P型电极设置在所述P型半导体层上。第四方面，本公开实施例提供了一种发光二极管芯片的制备方法，所述制备方法包括：在衬底上依次生长缓冲层和插入半导体层；在所述插入半导体层内开设多个空腔，每个所述空腔贯穿所述插入半导体层；所述多个空腔间隔分布在第一表面上，所述第一表面为所述缓冲层远离所述衬底的表面；每个所述空腔的横截面的面积沿远离所述第一表面的方向先减小后增大，所述横截面为所述空腔平行于所述第一表面的截面；在所述插入半导体层上依次生长未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层和P型半导体层；在所述P型半导体层上开设延伸至所述N型半导体层的凹槽；在所述凹槽内的N型半导体层上设置N型电极，在所述P型半导体层上设置P型电极。本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在缓冲层和未掺杂氮化镓层之间设置插入半导体层，插入半导体层内具有多个空腔，射向各个空腔的光线在空腔的界面上会发生全反射。而且每个空腔的横截面的面积沿远离衬底的方向先减小后增大，有利于增大射向空腔光线的入射角度，促使射向空腔的光线在空腔的界面上发生全反射，将射向芯片非正面的光线反射到芯片正面射出，提高LED的正面出光效率。附图说明为了更清楚地说明本公开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公开的一些实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片包括衬底(10)、缓冲层(20)、未掺杂氮化镓层(30)、N型半导体层(40)、有源层(50)、P型半导体层(60)和插入半导体层(100)，所述缓冲层(20)、所述未掺杂氮化镓层(30)、所述N型半导体层(40)、所述有源层(50)、所述P型半导体层(60)依次层叠在所述衬底(10)上，所述插入半导体层(100)位于所述缓冲层(20)和所述未掺杂氮化镓层(30)之间；所述插入半导体层(100)内具有多个空腔(200)，每个所述空腔(200)贯穿所述插入半导体层(100)；所述多个空腔(200)间隔分布在第一表面上，所述第一表面为所述缓冲层(20)远离所述衬底(10)的表面；每个所述空腔(200)的横截面的面积沿远离所述第一表面的方向先减小后增大，所述横截面为所述空腔(200)平行于所述第一表面的截面。/n

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片包括衬底(10)、缓冲层(20)、未掺杂氮化镓层(30)、N型半导体层(40)、有源层(50)、P型半导体层(60)和插入半导体层(100)，所述缓冲层(20)、所述未掺杂氮化镓层(30)、所述N型半导体层(40)、所述有源层(50)、所述P型半导体层(60)依次层叠在所述衬底(10)上，所述插入半导体层(100)位于所述缓冲层(20)和所述未掺杂氮化镓层(30)之间；所述插入半导体层(100)内具有多个空腔(200)，每个所述空腔(200)贯穿所述插入半导体层(100)；所述多个空腔(200)间隔分布在第一表面上，所述第一表面为所述缓冲层(20)远离所述衬底(10)的表面；每个所述空腔(200)的横截面的面积沿远离所述第一表面的方向先减小后增大，所述横截面为所述空腔(200)平行于所述第一表面的截面。


2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述插入半导体层(100)包括第一子层(110)、第二子层(120)、第三子层(130)和第四子层(140)，所述第一子层(110)、所述第二子层(120)、所述第三子层(130)、所述第四子层(140)依次层叠在所述第一表面上；所述第一子层(110)的致密度小于所述第二子层(120)的致密度，所述第二子层(120)的致密度小于所述第三子层(130)的致密度，所述第三子层(130)层的致密度大于所述第四子层(140)的致密度。


3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层(110)的生长速度大于所述第二子层(120)的生长速度，所述第一子层(110)的生长温度低于所述第二子层(120)的生长温度，所述第一子层(110)生长时氢气体积所占比例小于所述第二子层(120)生长时氢气体积所占比例；
所述第二子层(120)的生长速度大于所述第三子层(130)的生长速度，所述第二子层(120)的生长温度低于所述第三子层(130)的生长温度，所述第二子层(120)生长时氢气体积所占比例小于所述第三子层(130)生长时氢气体积所占比例；
所述第三子层(130)的生长速度小于所述第四子层(140)的生长速度，所述第三子层(130)的生长温度高于所述第四子层(140)的生长温度，所述第三子层(130)生长时氢气体积所占比例大于所述第四子层(140)生长时氢气体积所占比例。


4.根据权利要求3所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一子层(110)、所述第二子层(120)、所述第三子层(130)、所述第四子层(140)之间在生长速度、生长温度、以及生长时氢气体积所占比例上的差异满足如下等式：
V2＝V1*(1-10％)N；
T2＝T1+a*N；
P2＝P1*(1+b)N；
其中，V2为两个子层中致密度高的子层的生长速度，V1为两个子层中致密度低的子层的生长速度；N为变化系数，N为正数；T2为两个子层中致密度高的子层的生长温度，T1为两个子层中致密度低的子层的生长温度；a为变化温度，5℃≤a≤20℃；P2为两个子层中致密度高的子层生长时氢气体积所占比例，P1为两个子层中致密度低的子层生长时氢气体积所占比例；b为变化比例，10％≤b≤30％。


5.根据权利要求2～4任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层(110)、所述第二子层(120)、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王群，郭炳磊，葛永晖，董彬忠，李鹏，
申请(专利权)人：华灿光电苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32