提升载流子匹配度的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提升载流子匹配度的发光二极管外延片及其制备方法，包括衬底，及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、第一半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和第二半导体层；所述第二半导体层包含依次层叠在所述电子阻挡层上的三维未掺杂BN层、二维N极性InBN层和P型半导体层；所述P型半导体层包括第一子层和第二子层，所述第一子层为周期性交替层叠的第一P型GaN层和第一P型InAlGaN层，所述第二子层为第二P型GaN层。本发明专利技术提供的发光二极管外延片能够提升多量子阱区域的载流子的匹配度。能够提升多量子阱区域的载流子的匹配度。能够提升多量子阱区域的载流子的匹配度。

【技术实现步骤摘要】
提升载流子匹配度的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
，尤其涉及一种提升载流子匹配度的发光二极管外延片及其制备方法。

技术介绍

[0002]载流子匹配度一直是影响二极管发光效率的重要原因之一。首先，空穴的有效质量比电子的有效质量大，其迁移速率相当于电子迁移速率的十分之一，因此电子和空穴在量子阱区的分布不均匀，空穴更容易分布在靠近P型半导体一侧的量子阱中，造成空穴与电子在空间交叠的波函数减少，降低复合效率。其次，本征GaN的背景载流子浓度非常高，通常可达到1E17cm
‑3，因此呈现出N型导电性，使得P型掺杂难度升高，导致空穴的浓度也相对较低，空穴注入至量子阱区的效率降低，进而影响量子阱区的内量子效率。另外，受到GaN材料本身的V型缺陷影响，空穴传输路径包括由平台注入量子阱和由V型侧壁注入量子阱，不同路径对空穴在量子阱区的分布影响不同，整体发光效率也会产生影响。综上，通过提升P型掺杂效率，提升量子阱区空穴注入效率，最终提升量子阱区的载流子匹配度是二极管发光效率提升的关键方法。
[0003]目前，提高量子阱区空穴注入效率的方法有以下几种：(1)提高P型GaN层的Mg掺杂浓度；(2)对P型GaN层进行高温退火，打断Mg
‑
H键；(3)在电子阻挡层中插入P型InGaN空穴存储层，降低空穴注入势垒。但是Mg掺杂浓度过高容易导致晶体质量变差，Mg杂质从缺陷处向下扩散至量子阱区会导致发光效率变差。P型InGaN空穴存储层虽然能够降低空穴注入势垒，但空穴的有效质量大且迁移速率慢，因此仍不能有效改善空穴的分布范围。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种提升载流子匹配度的发光二极管外延片，可以提升多量子阱中的载流子匹配度。
[0005]本专利技术所要解决的技术问题还在于，提供一种提升载流子匹配度的发光二极管外延片的制备方法，工艺简单。
[0006]为达到上述技术效果，本专利技术提供了一种提升载流子匹配度的发光二极管外延片，包括衬底，及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、第一半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和第二半导体层；
[0007]所述第二半导体层包括依次层叠在所述电子阻挡层上的电压补偿层、势垒平衡层和P型半导体层；
[0008]所述电压补偿层为三维未掺杂BN层；
[0009]所述势垒平衡层为二维N极性InBN层；
[0010]所述P型半导体层包括第一子层和第二子层，所述第一子层为周期性交替层叠的第一P型GaN层和第一P型InAlGaN层，所述第二子层为第二P型GaN层。
[0011]作为上述技术方案的改进，所述二维N极性InBN层中In组分的摩尔比为1
‑
50％。
[0012]作为上述技术方案的改进，所述电压补偿层的厚度为3
‑
10nm，所述势垒平衡层的厚度为3
‑
10nm。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述第一子层中，所述第一P型GaN层的掺杂浓度为1
×
10
17
‑1×
10
19
cm
‑3，单个第一P型GaN层的厚度为0.1
‑
1nm，所述第一P型InAlGaN层的掺杂浓度为5
×
10
17
‑1×
10
19
cm
‑3，单个第一P型InAlGaN层的厚度为0.1
‑
1nm，所述第一子层的堆叠周期数为3
‑
15。
[0014]作为上述技术方案的改进，所述第二子层的掺杂浓度为1
×
10
19
‑1×
10
20
cm
‑3，所述第二子层的厚度为5
‑
50nm。
[0015]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，用于制备上述的提升载流子匹配度的发光二极管外延片，其特征在于，包括以下步骤：
[0016]提供一衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、第一半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和第二半导体层；
[0017]其中，所述第二半导体层包含依次层叠在所述电子阻挡层上的电压补偿层、势垒平衡层和P型半导体层；
[0018]所述电压补偿层为三维未掺杂BN层；
[0019]所述势垒平衡层为二维N极性InBN层；
[0020]所述P型半导体层包括第一子层和第二子层，所述第一子层为周期性交替层叠的第一P型GaN层和第一P型InAlGaN层，所述第二子层为第二P型GaN层。
[0021]作为上述技术方案的改进，所述电压补偿层以三维生长模式生长，所述电压补偿层的生长压力为300
‑
500Torr，生长温度为850
‑
950℃，V/III摩尔比为100
‑
600。
[0022]作为上述技术方案的改进，所述势垒平衡层以二维生长模式生长，所述势垒平衡层的生长压力为100
‑
200Torr，生长温度为950
‑
1050℃，V/III摩尔比为1000
‑
2000。
[0023]作为上述技术方案的改进，还包括对所述电压补偿层与势垒平衡层的接触表面进行Mg掺杂，掺杂浓度为1
×
10
20
‑5×
10
20
cm
‑3。
[0024]作为上述技术方案的改进，所述第一子层的生长压力为100
‑
200Torr，生长温度为700
‑
900℃，每个周期生长完毕后通入N2进行表面处理；
[0025]分别在第一温度和第二温度下周期性生长第二子层，所述第一温度为800
‑
900℃，所述第二温度为900
‑
1000℃；所述第二子层的生长压力为100
‑
200Torr。
[0026]实施本专利技术，具有如下有益效果：
[0027](1)本专利技术在电子阻挡层上分别生长电压补偿层、势垒平衡层和P型半导体层，电压补偿层为三维未掺杂BN层，薄侧壁厚平台的结构能够在侧壁和平台形成一定的电压差，促进载流子从侧壁注入量子阱区；势垒平衡层为二维N极性InBN层，薄平台厚侧壁的结构和极性转换综合作用使V型侧壁的QCSE效应明显减弱，平衡了薄侧壁量子阱带来的高势垒，同时促进了空穴从侧壁注入更深层的量子阱中；P型半导体层包括第一子层和第二子层，第一子层的晶格常数匹配度较高，可以充分缓解由晶格差异带来的压电极化效应，能带倾斜程度减弱，有效改善P型层与量子阱层界面处价带内形成的能带尖峰，第二子层有利于进一步提升空穴数量。
[0028](2)三维未掺杂BN层和二维N极性InBN层之间通过掺杂过量的Mg进行极性转换处理，Mg原子的引入改变了金属极性BN的键结方式，使其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升载流子匹配度的发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底，及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、第一半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和第二半导体层；所述第二半导体层包括依次层叠在所述电子阻挡层上的电压补偿层、势垒平衡层和P型半导体层；所述电压补偿层为三维未掺杂BN层；所述势垒平衡层为二维N极性InBN层；所述P型半导体层包括第一子层和第二子层，所述第一子层为周期性交替层叠的第一P型GaN层和第一P型InAlGaN层，所述第二子层为第二P型GaN层。2.如权利要求1所述的提升载流子匹配度的发光二极管外延片，其特征在于，所述二维N极性InBN层中In组分的摩尔比为1
‑
50％。3.如权利要求1所述的提升载流子匹配度的发光二极管外延片，其特征在于，所述电压补偿层的厚度为3
‑
10nm，所述势垒平衡层的厚度为3
‑
10nm。4.如权利要求1所述的提升载流子匹配度的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层中，所述第一P型GaN层的掺杂浓度为1
×
10
17
‑1×
10
19
cm
‑3，单个第一P型GaN层的厚度为0.1
‑
1nm，所述第一P型InAlGaN层的掺杂浓度为5
×
10
17
‑1×
10
19
cm
‑3，单个第一P型InAlGaN层的厚度为0.1
‑
1nm，所述第一子层的堆叠周期数为3
‑
15。5.如权利要求1所述的提升载流子匹配度的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子层的掺杂浓度为1
×
10
19
‑1×
10
20
cm
‑3，所述第二子层的厚度为5
‑
50nm。6.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：高虹，程龙，郑文杰，舒俊，张彩霞，印从飞，刘春杨，吕蒙普，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：