发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管，涉及半导体光电器件领域。发光二极管外延片包括衬底和依次设于衬底上的形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、复合插入层、电子阻挡层和P型半导体层；所述复合插入层为C/O共掺杂的P型InGaN层。实施本发明专利技术，可提升发光二极管的亮度，提高亮度分布均匀性，提高抗静电能力，降低表面粗糙度。降低表面粗糙度。降低表面粗糙度。

【技术实现步骤摘要】
发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管。

技术介绍

[0002]目前，GaN基发光二极管已经大量应用于固态照明领域以及显示领域，吸引越来越多的人关注。外延片是发光二极管的主要构成部分，传统的发光二极管外延片包括：衬底以及在衬底上依次生长的形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层。外延结构对发光二极管的光电性能具有很大影响。
[0003]目前发光二极管外延片还存在以下问题：（1）由于电子迁移率高，空穴迁移率低，导致多量子阱区载流子不平衡，还容易引起电子溢流的问题，影响发光二极管发光效率，空穴的扩展能力低，也会导致发光亮度分布不均匀问题；（2）V形坑技术有利于提升发光效率，但是由于V形坑是沿着底层的线位错产生的，V形坑本身是一种天然的漏电通道，并且多量子阱区生长温度低，导致缺陷较多延伸至P型层，对空穴会造成消耗，影响发光效率、外延片表面平整度和抗静电能力；（3）多量子阱层和电子阻挡层衔接处由于能阶变化和晶格失配，存在势垒尖峰，影响空穴的注入，从而影响发光效率。因此，现有外延片需要进一步改进，以提高发光二极管的发光效率、抗静电能力和亮度分布均匀性。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管外延片及其制备方法，其可提升发光二极管的发光效率、抗静电能力、表面平整度和亮度分布均匀性。
[0005]本专利技术还要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术公开了一种发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、复合插入层、电子阻挡层和P型半导体层；所述复合插入层为C/O共掺杂的P型InGaN层。
[0007]作为上述技术方案的改进，所述C/O共掺杂的P型InGaN层中C的掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3‑1×
10
18
cm
‑3，O的掺杂浓度为1
×
10
11
cm
‑3‑1×
10
12
cm
‑3。
[0008]作为上述技术方案的改进，所述C/O共掺杂的P型InGaN层在含有O2的气氛中进行退火，以使所述C/O共掺杂的P型InGaN层中O掺杂的浓度达到1
×
10
16
cm
‑3‑5×
10
17
cm
‑3。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述C/O共掺杂的P型InGaN层的P型掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3‑1×
10
20
cm
‑3，In组分的占比为0.1
‑
0.3，厚度为5nm
‑
50nm。
[0010]作为上述技术方案的改进，所述C/O共掺杂的P型InGaN层中In组分的占比沿外延片的生长方向逐渐降低至0。
[0011]作为上述技术方案的改进，所述复合插入层还包括缺陷修复层，所述缺陷修复层设于所述C/O共掺杂的P型InGaN层和所述电子阻挡层之间；所述缺陷修复层包括多个依次层叠的P型GaN层、InN层和AlN层，层叠周期数为2
‑
5个；
所述P型GaN层的掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为1
×
10
16
cm
‑3‑1×
10
17
cm
‑3，所述P型GaN层的厚度为3nm
‑
5nm；所述InN层的厚度为0.1nm
‑
2nm，其In组分的占比为0.05
‑
0.3；所述AlN层的厚度为1nm
‑
3nm，其Al组分的占比为0.1
‑
0.3。
[0012]相应的，本专利技术还公开了一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的发光二极管外延片，其包括：提供衬底，在所述衬底上依次生长形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、复合插入层、电子阻挡层和P型半导体层；所述复合插入层为C/O共掺杂的P型InGaN层。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述C/O共掺杂的P型InGaN通过MOCVD法生长，其生长温度为700℃
‑
800℃，生长压力为100torr
‑
500torr，生长时采用的Ga源、C源和O源均为TEGa，N源为NH3，采用的载气为H2和N2的混合气，其中H2和N2的体积比为（0.5
‑
2）:1；所述C/O共掺杂的P型InGaN层生长完成后，在N2和O2的气氛中进行退火，其中N2和O2的体积比为（0.5
‑
2）:1，退火温度为800℃
‑
900℃，退火压力为100torr
‑
500torr，退火时间为0.5min
‑
1min。
[0014]作为上述技术方案的改进，所述复合插入层还包括缺陷修复层，所述缺陷修复层设于所述C/O共掺杂的P型InGaN层和所述电子阻挡层之间，所述缺陷修复层包括多个依次层叠的P型GaN层、InN层和AlN层；所述P型GaN层的生长温度为900℃
‑
1000℃，生长压力为100torr
‑
500torr；所述InN层生长温度为700℃
‑
800℃，生长压力为100torr
‑
500torr；所述AlN层生长温度为900℃
‑
1000℃，生长压力为100torr
‑
500torr。
[0015]相应的，本专利技术还公开了一种发光二极管，其包括上述的发光二极管外延片。
[0016]实施本专利技术，具有如下有益效果：1. 本专利技术的发光二极管外延片中，在多量子阱层和电子阻挡层之间设置复合插入层，复合插入层为C/O共掺杂的P型InGaN层。一者，采用C/O共掺杂，O原子的电负性较强，有利于减少Ga空位的产生，C原子可减少Ga位空穴扩散，减少C/O共掺杂的P型InGaN层中缺陷，减少缺陷对空穴的消耗，增加空穴浓度，提升发光效率和亮度分布均匀性；并且，O原子共掺杂的过程能打开Mg
‑
H键，防止形成络合物影响空穴浓度，使得In和Mg原子分布更均匀，增加空穴浓度和空穴的扩展，从而进一步提升发光效率和亮度分布均匀性。二者，C/O共掺杂的P型InGaN层可在距离多量子阱层最近的V形坑处产生空穴，增加空穴浓度，In组分的加入也可作为催化剂降低Mg的激活能，进一步增加空穴浓度，提高发光效率。三者，采用与量子阱相同的InGaN材料，可减少多量子阱层和电子阻挡层之间的晶格失配，提升晶格质量，提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、复合插入层、电子阻挡层和P型半导体层；其特征在于，所述复合插入层为C/O共掺杂的P型InGaN层。2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述C/O共掺杂的P型InGaN层中C的掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3‑1×
10
18
cm
‑3，O的掺杂浓度为1
×
10
11
cm
‑3‑1×
10
12
cm
‑3。3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述C/O共掺杂的P型InGaN层在含有O2的气氛中进行退火，以使所述C/O共掺杂的P型InGaN层中O掺杂的浓度达到1
×
10
16
cm
‑3‑5×
10
17
cm
‑3。4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述C/O共掺杂的P型InGaN层的P型掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3‑1×
10
20
cm
‑3，In组分的占比为0.1
‑
0.3，厚度为5nm
‑
50nm。5.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述C/O共掺杂的P型InGaN层中In组分的占比沿外延片的生长方向逐渐降低至0。6.如权利要求1
‑
5任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述复合插入层还包括缺陷修复层，所述缺陷修复层设于所述C/O共掺杂的P型InGaN层和所述电子阻挡层之间；所述缺陷修复层包括多个依次层叠的P型GaN层、InN层和AlN层，层叠周期数为2
‑
5个；所述P型GaN层的掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为1
×
10
16
cm
‑3‑1×
10
17
cm
‑3，所述P型GaN层的厚度为3nm
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彩霞，印从飞，程金连，刘春杨，胡加辉，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：