一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法，所述GaN基发光二极管外延片包括衬底，及依次层叠在所述衬底上的形核层、本征GaN层、N型GaN层、第一多量子阱层、第一空穴优化层、第二多量子阱层、第二空穴优化层、电子阻挡层、第三空穴优化层和P型GaN层；所述第一空穴优化层、第二空穴优化层和第三空穴优化层均为InAlGaN层和MgN层交替层叠形成的周期性结构；所述P型GaN层的掺杂浓度为1

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法。

技术介绍

[0002]外延结构对发光二极管的光电性能具有很大影响。传统的发光二极管外延片包括：一种衬底、以及在所述衬底上依次生长的形核层、本征GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层。其中，多量子阱层作为有源区是发光二极管的核心结构。现有的多量子阱层具有以下问题：(1)由于电子迁移率高，空穴迁移率低并且空穴本身激活困难，导致多量子阱层内空穴和电子分布不平衡，靠近N型GaN层的多量子阱区域空穴浓度过低，影响发光效率；(2)传统电子阻挡层在阻挡电子的同时，会对空穴造成阻挡，导致P型GaN层产生的空穴不容易进入多量子阱层；(3)传统多量子阱层和电子阻挡层之间存在势垒尖峰，影响空穴注入，因此通常需要设置高浓度Mg掺杂的P型GaN层来提高空穴注入，但是高浓度Mg掺杂会导致P型GaN层的晶体质量下降，造成体电阻的升高，从而导致发光二极管的工作电压升高。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种GaN基发光二极管外延片，可以在提升发光二极管的发光效率的同时降低发光二极管的工作电压。
[0004]本专利技术所要解决的技术问题还在于，提供一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，工艺简单，制得的发光二极管外延片性能稳定。
[0005]为达到上述技术效果，本专利技术提供了一种GaN基发光二极管外延片，包括衬底，及依次层叠在所述衬底上的形核层、本征GaN层、N型GaN层、第一多量子阱层、第一空穴优化层、第二多量子阱层、第二空穴优化层、电子阻挡层、第三空穴优化层和P型GaN层；
[0006]所述第一空穴优化层为第一InAlGaN层和第一MgN层交替层叠形成的周期性结构；所述第二空穴优化层为第二InAlGaN层和第二MgN层交替层叠形成的周期性结构；所述第三空穴优化层为第三InAlGaN层和第三MgN层交替层叠形成的周期性结构；
[0007]所述P型GaN层的掺杂浓度为1
×
10
16
‑5×
10
17
cm
‑3；
[0008]所述第一多量子阱层的周期数≥第二多量子阱层的周期数。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述第一InAlGaN层中的In组分＞第二InAlGaN层中的In组分＞第三InAlGaN层中的In组分；所述第一InAlGaN层中的Al组分＜第三InAlGaN层中的Al组分＜第二InAlGaN层中的Al组分。
[0010]作为上述技术方案的改进，所述第一InAlGaN层中In组分为0.1
‑
0.15，Al组分为0.01
‑
0.05；所述第二InAlGaN层中In组分为0.05
‑
0.1，Al组分为0.2
‑
0.4；所述第三InAlGaN层中In组分为0
‑
0.05，Al组分为0.15
‑
0.2。
[0011]作为上述技术方案的改进，所述第一空穴优化层的周期数为3
‑
10，所述第一
InAlGaN层的厚度为0.5
‑
3nm，所述第一MgN层的厚度为0.5
‑
3nm；
[0012]所述第二空穴优化层的周期数为3
‑
10，所述第二InAlGaN层的厚度为0.5
‑
3nm，所述第二MgN层的厚度为0.5
‑
3nm；
[0013]所述第三空穴优化层的周期数为3
‑
10，所述第三InAlGaN层的厚度为0.5
‑
3nm，所述第三MgN层的厚度为0.5
‑
3nm。
[0014]作为上述技术方案的改进，所述第一多量子阱层的周期数
‑
第二多量子阱层的周期数≤1。
[0015]相应的，本专利技术还提供了一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的GaN基发光二极管外延片，包括以下步骤：
[0016]提供一衬底，在所述衬底上依次生长形核层、本征GaN层、N型GaN层、第一多量子阱层、第一空穴优化层、第二多量子阱层、第二空穴优化层、电子阻挡层、第三空穴优化层和P型GaN层；
[0017]所述第一空穴优化层为第一InAlGaN层和第一MgN层交替层叠形成的周期性结构；所述第二空穴优化层为第二InAlGaN层和第二MgN层交替层叠形成的周期性结构；所述第三空穴优化层为第三InAlGaN层和第三MgN层交替层叠形成的周期性结构；
[0018]所述P型GaN层的掺杂浓度为1
×
10
16
‑5×
10
17
cm
‑3；
[0019]所述第一多量子阱层的周期数≥第二多量子阱层的周期数。
[0020]作为上述技术方案的改进，所述第一MgN层的V/Ⅱ摩尔比＞第二MgN层的V/Ⅱ摩尔比＞第三MgN层的V/Ⅱ摩尔比。
[0021]作为上述技术方案的改进，所述第一MgN层的V/Ⅱ摩尔比为800
‑
1200；所述第二MgN层的V/Ⅱ摩尔比为500
‑
900；所述第三MgN层的V/Ⅱ摩尔比为100
‑
500。
[0022]作为上述技术方案的改进，所述第一空穴优化层的生长温度＜第二空穴优化层的生长温度＜第三空穴优化层的生长温度。
[0023]作为上述技术方案的改进，
[0024]所述第一空穴优化层的生长温度为800
‑
850℃，生长压力为100
‑
300Torr；
[0025]所述第二空穴优化层的生长温度为850
‑
900℃，生长压力为100
‑
300Torr；
[0026]所述第三空穴优化层的生长温度为900
‑
1000℃，生长压力为100
‑
300Torr。
[0027]实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：
[0028]本专利技术提供的发光二极管外延片，分别在第一多量子阱层和第二多量子阱层之间、第二多量子阱层和电子阻挡层之间、电子阻挡层和P型GaN层之间设置第一空穴优化层、第二空穴优化层和第三空穴优化层。第一空穴优化层增加了第一多量子阱层中的空穴浓度，解决了传统外延结构中靠近N型层的多量子阱层中空穴浓度不够的问题；第二空穴优化层可以增加进入多量子阱区的空穴浓度，提升空穴迁移率，同时可以作为电子阻挡层和第二多量子阱层的势垒缓冲，避免了传统结构由于电子阻挡层和多量子阱层之间形成能带尖峰而影响空穴注入；第三空穴优化层增加了空穴的迁移率，使得P型GaN层中的空穴更容易通过电子阻挡层进入多量子阱层。
[0029]此外，本专利技术提供的第一空穴优化层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN基发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底，及依次层叠在所述衬底上的形核层、本征GaN层、N型GaN层、第一多量子阱层、第一空穴优化层、第二多量子阱层、第二空穴优化层、电子阻挡层、第三空穴优化层和P型GaN层；所述第一空穴优化层为第一InAlGaN层和第一MgN层交替层叠形成的周期性结构；所述第二空穴优化层为第二InAlGaN层和第二MgN层交替层叠形成的周期性结构；所述第三空穴优化层为第三InAlGaN层和第三MgN层交替层叠形成的周期性结构；所述P型GaN层的掺杂浓度为1
×
10
16
‑5×
10
17
cm
‑3；所述第一多量子阱层的周期数≥第二多量子阱层的周期数。2.如权利要求1所述的GaN基发光二极管外延片，其特征在于，所述第一InAlGaN层中的In组分＞第二InAlGaN层中的In组分＞第三InAlGaN层中的In组分；所述第一InAlGaN层中的Al组分＜第三InAlGaN层中的Al组分＜第二InAlGaN层中的Al组分。3.如权利要求2所述的GaN基发光二极管外延片，其特征在于，所述第一InAlGaN层中In组分为0.1
‑
0.15，Al组分为0.01
‑
0.05；所述第二InAlGaN层中In组分为0.05
‑
0.1，Al组分为0.2
‑
0.4；所述第三InAlGaN层中In组分为0
‑
0.05，Al组分为0.15
‑
0.2。4.如权利要求1所述的GaN基发光二极管外延片，其特征在于，所述第一空穴优化层的周期数为3
‑
10，所述第一InAlGaN层的厚度为0.5
‑
3nm，所述第一MgN层的厚度为0.5
‑
3nm；所述第二空穴优化层的周期数为3
‑
10，所述第二InAlGaN层的厚度为0.5
‑
3nm，所述第二MgN层的厚度为0.5
‑
3nm；所述第三空穴优化层的周期数为3
‑
10，所述第三InAlGaN层的厚度为0.5
‑
3nm，所述第三MgN层的厚度为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彩霞，印从飞，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：