微型发光二极管外延片及其制造方法技术

本公开提供了一种微型发光二极管外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。所述微型发光二极管外延片包括多孔氮化镓基底、以及依次层叠在所述基底上的未掺杂的GaN层、N型波导层、多量子阱层、复合P型波导层和电极接触层，所述复合P型波导层包括第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，所述第一子层为氮化镓层，所述第二子层为表面具有纳米颗粒的氮化镓层，所述第三子层为InGaN层，所述第四子层为掺Mg的InGaN层。该微型发光二极管外延片可以降低P型波导层中Mg的激活能，提高空穴的注入，最终可以有效提升LED的内量子效率。可以有效提升LED的内量子效率。可以有效提升LED的内量子效率。

【技术实现步骤摘要】
微型发光二极管外延片及其制造方法


[0001]本公开涉及半导体
，特别涉及一种微型发光二极管外延片及其制造方法。

技术介绍

[0002]GaN(氮化镓)材料是一种宽带隙(Eg＝3.39eV)半导体材料，具有优良的物理和化学特性，掺人一定比例的In或Al后，其禁带宽度可在0.77～6.28eV的宽广范围内变化，可用于制作从红光到紫外光的发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)等光电子器件，具有广阔的应用前景。
[0003]外延片是LED中的主要构成部分，现有的氮化镓基LED外延片包括蓝宝石衬底和依次层叠在衬底上的缓冲层、N型波导层、多量子阱层和P型波导层。多量子阱层包括交替生长的InGaN阱层和GaN垒层。N型层的电子和P型层的空穴在多量子阱层复合发光。
[0004]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：
[0005]伴随着对显色指数及色温的要求持续提升，发光芯片的尺寸需求也不断变小。而随着发光芯片尺寸的减小，微型LED芯片的工作电流密度也会减小，驱动电压也会降低，使得空穴的注入数量降低，耗尽区位置更易偏向P型区。现有的LED芯片中的P型波导层中的Mg激活能较高，空穴浓度较低，注入到多量子阱层中的空穴数量较少，进行辐射复合的电子和空穴的数量就会较少，导致LED的内量子效率较低。

技术实现思路

[0006]本公开实施例提供了一种微型发光二极管外延片及其制造方法，可以降低P型波导层中Mg的激活能，提高空穴的注入，最终可以有效提升LED的内量子效率。所述技术方案如下：
[0007]一方面，提供了一种微型发光二极管外延片，所述微型发光二极管外延片包括多孔氮化镓基底、以及依次层叠在所述基底上的未掺杂的GaN层、N型波导层、多量子阱层、复合P型波导层和电极接触层，
[0008]所述复合P型波导层包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，所述第一子层为氮化镓层，所述第二子层为纳米颗粒层，所述第三子层为InGaN层，所述第四子层为掺Mg的InGaN层。
[0009]可选地，所述第二子层的厚度大于所述第一子层的厚度，所述第三子层的厚度大于所述第二子层的厚度，所述第四子层的厚度大于所述第三子层的厚度。
[0010]可选地，所述第一子层的厚度为1～3nm，所述第二子层的厚度为2～5nm，所述第三子层的厚度为4～8nm，所述第四子层的厚度为20～100nm。
[0011]可选地，所述纳米颗粒层中包括多个纳米颗粒，每个所述纳米颗粒均为圆锥形。
[0012]可选地，每个所述纳米颗粒的底面直径均为3～8nm，每个所述纳米颗粒的高度均为2～5nm，相邻两个所述纳米颗粒之间间隔5～50nm。
[0013]可选地，所述第四子层中Mg的掺杂浓度为5E17～5E18cm
‑3。
[0014]另一方面，提供了一种微型发光二极管外延片的制造方法，所述制造方法包括：
[0015]提供一多孔氮化镓基底；
[0016]在所述多孔氮化镓基底上依次生长未掺杂的GaN层、N型波导层和多量子阱层；
[0017]在所述多量子阱层上生长复合P型波导层，所述复合P型波导层包括第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，所述第一子层为氮化镓层，所述第二子层为表面具有纳米颗粒的氮化镓层，所述第三子层为InGaN层，所述第四子层为掺Mg的InGaN层；
[0018]在所述复合P型波导层上生长电极接触层。
[0019]可选地，所述在所述多量子阱层上生长复合P型波导层，包括：
[0020]生长一层氮化镓底层；
[0021]采用干法刻蚀的方法，在所述氮化镓底层的表面形成多个所述纳米颗粒，每个所述纳米颗粒均为圆锥形。
[0022]可选地，所述第一子层、所述第二子层、所述第三子层和所述第四子层的生长温度均为800～1000℃。
[0023]可选地，所述第一子层、所述第二子层、所述第三子层和所述第四子层的生长压力均为100～500torr。
[0024]本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0025]通过设置一种复合P型波导层，该复合P型波导层包括四个子层。其中，第一子层为氮化镓层，可以起到扩展载流子的作用。第二子层为纳米颗粒层，纳米颗粒层中的纳米颗粒在波尔激子半径附近能带会发生不同块体的变化，拉高价带位置，从而可以降低Mg的激活能。第三子层为InGaN层，InGaN带隙小，可以进一步调整价带位置，降低Mg的激活能。而第四子层为掺Mg的InGaN层，可以作为空穴的主要提供层，起到欧姆接触的作用。因此，通过设置该复合P型波导层可以降低P型波导层中Mg的激活能，提高空穴的注入，最终可以有效提升LED的内量子效率。
附图说明
[0026]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。
[0027]图1是本公开实施例提供的一种微型发光二极管外延片的结构示意图；
[0028]图2是本公开实施例提供的一种微型发光二极管外延片的制造方法流程图；
[0029]图3是本公开实施例提供的另一种微型发光二极管外延片的制造方法流程图。
具体实施方式
[0030]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
[0031]图1是本公开实施例提供的一种微型发光二极管外延片的结构示意图，如图1所示，该微型发光二极管外延片包括多孔氮化镓基底1、以及依次层叠在多孔氮化镓基底1上
的未掺杂的GaN层2、N型波导层3、多量子阱层4、复合P型波导层5和电极接触层6。
[0032]复合P型波导层5包括第一子层51、第二子层52、第三子层53和第四子层54。第一子层51为氮化镓层，第二子层52为纳米颗粒层，第三子层53为InGaN层，第四子层54为掺Mg的InGaN层。
[0033]本公开实施例通过设置一种复合P型波导层，该复合P型波导层包括四个子层。其中，第一子层为氮化镓层，可以起到扩展载流子的作用。第二子层为纳米颗粒层，纳米颗粒层中的纳米颗粒在波尔激子半径附近能带会发生不同块体的变化，拉高价带位置，从而可以降低Mg的激活能。第三子层为InGaN层，InGaN带隙小，可以进一步调整价带位置，降低Mg的激活能。而第四子层为掺Mg的InGaN层，可以作为空穴的主要提供层，起到欧姆接触的作用。因此，通过设置该复合P型波导层可以降低P型波导层中Mg的激活能，提高空穴的注入，最终可以有效提升LED的内量子效率。
[0034]且在本公开实施例中，第二子层为纳米颗粒层，第四子层为掺Mg的InGaN层，若直接在第二子层上生长第四子层，会导致能带位置调整有限，Mg激活能降低较小。本公开实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型发光二极管外延片，所述微型发光二极管外延片包括多孔氮化镓基底、以及依次层叠在所述基底上的未掺杂的GaN层、N型波导层、多量子阱层、复合P型波导层和电极接触层，其特征在于，所述复合P型波导层包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，所述第一子层为氮化镓层，所述第二子层为纳米颗粒层，所述第三子层为InGaN层，所述第四子层为掺Mg的InGaN层。2.根据权利要求1所述的微型发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子层的厚度大于所述第一子层的厚度，所述第三子层的厚度大于所述第二子层的厚度，所述第四子层的厚度大于所述第三子层的厚度。3.根据权利要求2所述的微型发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层的厚度为1～3nm，所述第二子层的厚度为2～5nm，所述第三子层的厚度为4～8nm，所述第四子层的厚度为20～100nm。4.根据权利要求1所述的微型发光二极管外延片，其特征在于，所述纳米颗粒层中包括多个纳米颗粒，每个所述纳米颗粒均为圆锥形。5.根据权利要求4所述的微型发光二极管外延片，其特征在于，每个所述纳米颗粒的底面直径均为3～8nm，每个所述纳米颗粒的高度均为2～5nm，相邻两个所述纳米颗粒之间间隔5～50nm。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王群，葛永晖，王江波，董彬忠，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：