一种高光效LED外延片及其制备方法、LED芯片技术

本发明专利技术提供一种高光效LED外延片及其制备方法、LED芯片，高光效LED外延片由下至上依次包括N型氮化物层、有源层以及P型氮化物层，有源层包括多个交替排布的量子阱层、插入层以及量子垒层，插入层包括多个周期性交替排布的第一元素层和第二元素层，本发明专利技术中的高光效LED外延片，通过在有源层中的量子阱层和量子垒层之间引入插入层、且插入层由第一元素层和第二元素层呈周期性交替排布，使得插入层的晶格常数介于量子阱层与量子垒层之间，有效地缓解了量子阱层与量子垒层的晶格失配，提升了有源层的晶体质量，降低了有源层中的极化电场，改善了因量子阱能带弯曲以及晶体质量偏差导致的发光效率下降的问题。发光效率下降的问题。发光效率下降的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高光效LED外延片及其制备方法、LED芯片


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种高光效LED外延片及其制备方法、LED芯片。

技术介绍

[0002]LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种半导体固体发光器件，其主要利用半导体P
‑
N结作为发光结构。近年来，以氮化镓为代表的半导体发光二极管，因具有禁带宽度大、高电子饱和电子漂移速度、耐高温、大功率容量等优良特性，从而受到了人们的广泛关注和大力研究，并在近几年来取得了突破性的进展。与此同时，作为氮化镓的三元合金铟氮化稼，其带隙从0.7ev到3.4ev连续可调，发光波长覆盖了可见光和紫外线的整个区域，从而新兴的光电产业中具有广大的应用前景。
[0003]现有技术当中，GaN基LED外延结构包括N型氮化物层、有源层、P型氮化物层，其中有源层为GaN/AlGaN量子垒层和InGaN量子阱层交替组成的周期性结构，由于GaN、AlGaN、InGaN的纤锌矿结构缺乏中心反演对称性，因此晶体具有极性，产生自发极化，加之晶格失配引起的压电极化，这将导致量子阱能带产生弯曲，引起电子和空穴分布在空间上分离，最终降低了电子空穴对辐射复合发光的概率；

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高光效LED外延片，旨在解决现有技术中，由于GaN、AlGaN、InGaN的纤锌矿结构缺乏中心反演对称性，因此晶体具有极性，产生自发极化，加之晶格失配引起的压电极化，这将导致量子阱能带产生弯曲，引起电子和空穴分布在空间上分离，降低了电子空穴对辐射复合发光的概率的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下技术方案来实现的：
[0006]一种高光效LED外延片，由下至上依次包括N型氮化物层、有源层以及P型氮化物层，所述有源层包括多个交替排布的量子阱层、插入层以及量子垒层，所述插入层包括多个周期性交替排布的第一元素层和第二元素层。
[0007]进一步的，所述第一元素层和所述第二元素层分别为In
a
Ga1‑
a
N层以及In
x
Al
y
Ga1‑
x
‑
y
N层。
[0008]进一步的，所述In
a
Ga1‑
a
N层和所述In
x
Al
y
Ga1‑
x
‑
y
N交替排布的周期数为2
‑
4个。
[0009]进一步的，所述In
x
Al
y
Ga1‑
x
‑
y
N层的In组分由所述量子阱层向所述量子垒层的方向依次递减、Al的组分由所述量子阱层向所述量子垒层的方向依次递增。
[0010]进一步的，所述插入层中靠近所述量子阱层的首个元素层为所述In
a
Ga1‑
a
N层、靠近所述量子垒层的首个元素层为所述In
x
Al
y
Ga1‑
x
‑
y
N层。
[0011]进一步的，所述有源层靠近所述N型氮化物层的一端为所述插入层、且首个元素层为所述In
x
Al
y
Ga1‑
x
‑
y
N层，所述有源层靠近所述P型氮化物的一端为所述量子垒层。
[0012]进一步的，所述In
a
Ga1‑
a
N层和所述In
x
Al
y
Ga1‑
x
‑
y
N层中掺杂Mg，所述In
a
Ga1‑
a
N层的Mg
掺杂浓度为1
×
10
16
atoms/cm3～1
×
10
17
atoms/cm3，所述In
x
Al
y
Ga1‑
x
‑
y
N层的Mg掺杂浓度为1
×
10
17
atoms/cm3～1
×
10
18
atoms/cm3。
[0013]进一步的，所述In
a
Ga1‑
a
N层中a的取值范围为0.1≤a≤0.3，所述In
x
Al
y
Ga1‑
x
‑
y
N层中x的取值范围为0.05≤x≤0.15、y的取值范围为0≤y≤0.1。
[0014]本专利技术还提供一种高光效LED外延片的制备方法，用于制备以上所述的高光效LED外延片，包括如下步骤：
[0015]提供一衬底；
[0016]在所述衬底上依次沉积N型氮化物层、有源层以及P型氮化物层；
[0017]所述有源层包括多个交替排布的量子阱层、插入层以及量子垒层，所述插入层包括多个周期性交替排布的第一元素层和第二元素层。
[0018]本专利技术还提供一种LED芯片，包括以上所述的高光效LED外延片。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0020]通过在所述有源层中的所述量子阱层和所述量子垒层之间引入所述插入层、且所述插入层由所述第一元素层和所述第二元素层呈周期性交替排布，使得所述插入层的晶格常数介于所述量子阱层与所述量子垒层之间，以此实现缓解所述量子阱层与所述量子垒层间极化作用以及提升所述量子阱层和所述量子垒层晶体质量的目的，有效地缓解了所述量子阱层与所述量子垒层的晶格失配，最终让介于所述量子阱层与所述量子垒层间的所述插入层取得良好的过渡效果，改善了因量子阱能带弯曲以及晶体质量偏差导致的发光效率下降的技术问题。
附图说明
[0021]图1为本专利技术第一实施例中高光效LED外延片的结构示意图；
[0022]图2为图1中的有源层的结构示意图；
[0023]图3为本专利技术第二实施例中高光效LED外延片的制备方法的流程图；
[0024]图4为图3中步骤S105的详细流程图；
[0025]主要元件符号说明：
[0026][0027]如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0028]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的若干实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0029]需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高光效LED外延片，其特征在于，由下至上依次包括N型氮化物层、有源层以及P型氮化物层，所述有源层包括多个交替排布的量子阱层、插入层以及量子垒层，所述插入层包括多个周期性交替排布的第一元素层和第二元素层。2.根据权利要求1所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述第一元素层和所述第二元素层分别为In
a
Ga1‑
a
N层以及In
x
Al
y
Ga1‑
x
‑
y
N层。3.根据权利要求2所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述In
a
Ga1‑
a
N层和所述In
x
Al
y
Ga1‑
x
‑
y
N交替排布的周期数为2
‑
4个。4.根据权利要求2或3所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述In
x
Al
y
Ga1‑
x
‑
y
N层的In组分由所述量子阱层向所述量子垒层的方向依次递减、Al的组分由所述量子阱层向所述量子垒层的方向依次递增。5.根据权利要求3所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述插入层中靠近所述量子阱层的首个元素层为所述In
a
Ga1‑
a
N层、靠近所述量子垒层的首个元素层为所述In
x
Al
y
Ga1‑
x
‑
y
N层。6.根据权利要求5所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述有源层靠近所述N型氮化物层的一端为所述插入层、且首个元素层为所述In
x
Al
y
Ga1‑
x
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯合林，谢志文，张铭信，陈铭胜，文国昇，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：