一种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，包括衬底，该发光二极管外延片还包括：依次层叠于衬底之上的缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型半导体层；多量子阱层包括设于N型半导体层上的第一多量子阱层和设于第一多量子阱层上的第二多量子阱层，第一多量子阱层包括第一预设周期交替层叠的第一量子阱层和第一量子垒层，第二多量子阱层包括设于第一多量子阱层上的第二量子阱层以及设于第二量子阱层上的第二量子垒层；第二量子垒层包括第二预设周期交替层叠的AlN层和Si

【技术实现步骤摘要】
一种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
，具体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]发光二极管(LightEmitting Diode，LED)，是一种半导体组件。初时多用作为指示灯、显示发光二极管板等；随着白光LED的出现，也被用作照明。LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。根据使用功能的不同，可以将其划分为信息显示、信号灯、车用灯具、液晶屏背光源、通用照明五大类。
[0003]目前比较常见的发光二极管外延片一般采用高Al组分AlGaN材料作为外延层的基础材料。一般而言，Al组分越高，晶体质量越低，位错密度越高，在109‑
10
10
/cm2乃至更高；AlGaN材料的掺杂与GaN相比要困难得多，不论N型掺杂还是P型掺杂，随着Al组分的增加，外延层的电导率迅速降低，尤其是p－AlGaN的掺杂尤为棘手，掺杂剂Mg的激活效率低下，导致空穴不足，电子空穴复合效率降低，导电性和发光效率锐降。
[0004]因此，现有的发光二极管外延片普遍存在AlGaN材料作为P型半导体层，空穴不足，导致电子空穴复合效率降低的性能的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种发光二极管外延片及其制备方法，旨在解决现有技术中AlGaN材料作为P型半导体层，空穴不足，导致电子空穴复合效率降低的技术问题。
[0006]本专利技术的第一方面在于提供一种发光二极管外延片，包括硅衬底，所述发光二极管外延片还包括：
[0007]依次层叠于所述衬底之上的缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型半导体层；
[0008]所述多量子阱层包括设于所述N型半导体层上的第一多量子阱层和设于所述第一多量子阱层上的第二多量子阱层，所述第一多量子阱层包括第一预设周期交替层叠的第一量子阱层和第一量子垒层，所述第二多量子阱层包括设于所述第一量子垒层上的第二量子阱层以及设于所述第二量子阱层上的第二量子垒层；
[0009]所述第二量子垒层包括第二预设周期交替层叠的AlN层和Si
‑
Mgδ掺杂层，所述AlN层设于所述第二量子阱层之上。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：通过本专利技术提供的一种发光二极管外延片，能有效地提高电子空穴复合效率，具体为，多量子阱层包括设于所述N型半导体层上的第一多量子阱层和设于所述第一多量子阱层上的第二多量子阱层，第二多量子阱层包括设于所述第一多量子阱层上的第二量子阱层以及设于所述第二量子阱层上的第二量子垒
层，第二量子垒层包括第二预设周期交替层叠的AlN层和Si
‑
Mgδ掺杂层，AlN层的设置起到阻挡电子溢流的作用，避免电子溢流至P型半导体层中与空穴复合，导致P型半导体层中的空穴不足，从而提高电子空穴复合效率，同时，Si
‑
Mgδ掺杂层能有效地提高空穴的注入效率和空穴掺杂浓度，从而提高内量子效率，提高电子空穴复合效率，从而解决了AlGaN材料作为P型半导体层，空穴不足，导致电子空穴复合效率降低的技术问题。
[0011]根据上述技术方案的一方面，所述AlN层的厚度为0.5nm
‑
2nm，所述Si
‑
Mgδ掺杂层的厚度为1nm
‑
20nm。
[0012]根据上述技术方案的一方面，所述Si
‑
Mgδ掺杂层包括Si
‑
Mgδ掺杂AlGaN层和设于Si
‑
Mgδ掺杂AlGaN层上的Si
‑
Mgδ掺杂GaN层，所述Si
‑
Mgδ掺杂AlGaN层设于所述AlN层之上，其中，Si的掺杂浓度为8
×
10
18
cm
‑3‑8×
10
19
cm
‑3，Mg的掺杂浓度为8
×
10
18
cm
‑3‑8×
10
19
cm
‑3。
[0013]根据上述技术方案的一方面，所述第一量子阱层为Al
x
Ga1‑
x
N层，x的取值范围为0.1
‑
0.4，所述第一量子垒层为Al
y
Ga1‑
y
N层，y的取值范围为0.3
‑
0.7，其中，x＜y。
[0014]根据上述技术方案的一方面，所述第一量子阱层的厚度为1nm
‑
3nm，所述第一量子垒层的厚度为10nm
‑
14nm。
[0015]根据上述技术方案的一方面，所述第一预设周期为3
‑
7，所述第二预设周期为1
‑
5。
[0016]根据上述技术方案的一方面，所述第二量子阱层为所述Al
x
Ga1‑
x
N层。
[0017]本专利技术的第二方面在于提供一种发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法用于制备上述所述的发光二极管外延片，所述制备方法包括：
[0018]提供一衬底；
[0019]在所述衬底之上依次生长缓冲层、N型半导体层；
[0020]在所述N型半导体层上生长多量子阱层，所述多量子阱层包括生长于所述N型半导体层上的第一多量子阱层和生长于所述第一多量子阱层上的第二多量子阱层，所述第一多量子阱层包括第一预设周期交替层叠的第一量子阱层和第一量子垒层，所述第二多量子阱层包括生长于所述第一量子垒层上的第二量子阱层以及生长于所述第二量子阱层上的第二量子垒层，所述第二量子垒层包括第二预设周期交替层叠的AlN层和Si
‑
Mgδ掺杂层，所述AlN层生长于所述第二量子阱层之上；
[0021]在所述多量子阱层上依次生长电子阻挡层以及P型半导体层。
[0022]进一步说明，所述Si
‑
Mgδ掺杂层的生长步骤包括：
[0023]将温度调节至1000
‑
1100℃，通入TMAl源、TMGa源、氨气和Mg源生长预设时间后，关闭Mg源，通入Si源生长预设时间，关闭Si源，Mg源和Si源交替通入循环3次，在所述AlN层生长Si
‑
Mgδ掺杂AlGaN层；
[0024]保持温度和通入的TMGa源、氨气不变，关闭TMAl源，通入Mg源生长预设时间后，关闭Mg源，通入Si源生长预设时间，关闭Si源，Mg源和Si源交替通入循环3次，在所述Si
‑
Mgδ掺杂AlGaN层生长Si
‑
Mgδ掺杂GaN层。
[0025]本专利技术的第三方面在于提供一种发光二极管，所述发光二极管包括上述所述的发光二极管外延片。
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【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，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括：依次层叠于所述衬底之上的缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型半导体层；所述多量子阱层包括设于所述N型半导体层上的第一多量子阱层和设于所述第一多量子阱层上的第二多量子阱层，所述第一多量子阱层包括第一预设周期交替层叠的第一量子阱层和第一量子垒层，所述第二多量子阱层包括设于所述第一量子垒层上的第二量子阱层以及设于所述第二量子阱层上的第二量子垒层；所述第二量子垒层包括第二预设周期交替层叠的AlN层和Si
‑
Mgδ掺杂层，所述AlN层设于所述第二量子阱层之上。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AlN层的厚度为0.5nm
‑
2nm，所述Si
‑
Mgδ掺杂层的厚度为1nm
‑
20nm。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Si
‑
Mgδ掺杂层包括Si
‑
Mgδ掺杂AlGaN层和设于Si
‑
Mgδ掺杂AlGaN层上的Si
‑
Mgδ掺杂GaN层，所述Si
‑
Mgδ掺杂AlGaN层设于所述AlN层之上，其中，Si的掺杂浓度为8
×
10
18
cm
‑3‑8×
10
19
cm
‑3，所述Mg的掺杂浓度为8
×
10
18
cm
‑3‑8×
10
19
cm
‑3。4.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一量子阱层为Al
x
Ga1‑
x
N层，x的取值范围为0.1
‑
0.4，所述第一量子垒层为Al
y
Ga1‑
y
N层，y的取值范围为0.3
‑
0.7，其中，x＜y。5.根据权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一量子...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春杨，吕蒙普，胡加辉，金从龙，顾伟，
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：