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。发光二极管外延片依次包括衬底、AlN缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型复合层、电子阻挡层和P型GaN层，P型复合层包括依次层叠的Mg3N2层、P

【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]GaN作为第三代半导体的“明星”材料，因具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高和抗辐射能力强等特性，是制备发光器件和高频高功率电子器件的理想材料 GaN基发光二极管（LED）由于光效高、寿命长、调节带宽高、调节性能好、响应灵敏等优点，已经受到学术界和产业界的广泛研究和关注。当前主流的GaN基LED是基于多量子阱（MQW）结构，其多量子阱层是有InGaN阱层（well）与GaN垒层（barrier）周期性交叠生长而成。由于InGaN阱层具有宽度小、带隙窄的特点，可与有源区内的GaN垒层形成阶梯式的能带结构，可将注入的电子和空穴限制在二维空间内，增大电子空穴的复合程度从而提高其复合发光效率。然而，由于GaN基材料中的电子和空穴的浓度以及迁移率相差较大，电子的迁移速率约是空穴的几十倍，导致在量子阱有源区内电子与空穴的分布不均，发光主要集中于后面几个量子阱中，且在大电流密度下，其发光效率迅速下降，造成这一现象的重要原因之一是因为空穴的注入不足。主流的GaN基LED会在外延结构引入低温恒压的P型层来提高空穴的注入，主要因为低温P型层可以通过外延层的V型坑帮助空穴注入，增加阱内空穴浓度；然而，随着注入电流密度的增加，单一的低P型层难以提供较高浓度的空穴注入，会导致大电流密度下的LED的光效迅速下降，引起droop效应。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管外延片及其制备方法，其可提升大电流密度下发光二极管的发光效率，降低工作电压。
[0004]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，其发光效率高、工作电压低。
[0005]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AlN缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型复合层、电子阻挡层和P型GaN层，所述P型复合层包括依次层叠的Mg3N2层、P
‑
GaN层、P
‑
InGaN层，其中P
‑
GaN层和P
‑
InGaN层的P型掺杂元素为Mg；所述P
‑
GaN层中Mg的掺杂浓度＜所述P
‑
InGaN层中Mg的掺杂浓度；所述Mg3N2层的生长温度＜所述P
‑
GaN层的生长温度＜所述P
‑
InGaN层的生长温度；所述Mg3N2层的生长压力＞所述P
‑
GaN层的生长压力＞所述P
‑
InGaN层的生长压力。
[0006]作为上述技术方案的改进，所述Mg3N2层的厚度为3nm~10nm；所述P
‑
GaN层的厚度为5nm~30nm，所述P
‑
GaN层中Mg的掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3~5
×
10
18
cm
‑3；所述P
‑
InGaN层的厚度为4nm~10nm，In组分的占比为0.05~0.15，所述P
‑
InGaN层中
Mg的掺杂浓度为5.3
×
10
18
cm
‑3~9.5
×
10
18
cm
‑3。
[0007]作为上述技术方案的改进，所述Mg3N2层的生长温度为700℃~725℃，生长压力为350torr~450torr；所述P
‑
GaN层的生长温度为726℃~750℃，生长压力为250torr~349torr；所述P
‑
InGaN层的生长温度为751℃~775℃，生长压力为150torr~249torr。
[0008]作为上述技术方案的改进，所述P型复合层还包括P
‑
InAlGaN层，所述P
‑
InAlGaN层设于所述P
‑
InGaN层之上，所述P
‑
InAlGaN层的厚度为4nm~10nm，In组分的占比为0.05~0.15，Al组分的占比为0.25~0.55，所述P
‑
InAlGaN层中Mg的掺杂浓度为5.3
×
10
18
cm
‑3~9.5
×
10
18
cm
‑3。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述P
‑
InAlGaN层的生长温度为776℃~800℃，生长压力为50torr~149torr。
[0010]作为上述技术方案的改进，沿外延生长方向，所述P
‑
InAlGaN层中In组分的占比由0.15逐渐降低至0.05，Al组分的占比由0.25逐渐提高至0.55。
[0011]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AlN缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型复合层、电子阻挡层和P型GaN层，所述P型复合层包括依次层叠的Mg3N2层、P
‑
GaN层、P
‑
InGaN层，其中P
‑
GaN层和P
‑
InGaN层的P型掺杂元素为Mg；所述P
‑
GaN层中Mg的掺杂浓度＜所述P
‑
InGaN层中Mg的掺杂浓度；所述Mg3N2层的生长温度＜所述P
‑
GaN层的生长温度＜所述P
‑
InGaN层的生长温度；所述Mg3N2层的生长压力＞所述P
‑
GaN层的生长压力＞所述P
‑
InGaN层的生长压力。
[0012]作为上述技术方案的改进，所述Mg3N2层生长时，以N2和H2的混合气体作为载气，且N2与H2的体积比为1:1~1:5；所述P
‑
GaN层生长时，以N2和H2的混合气体作为载气，且N2与H2的体积比为1:1~1:5；所述P
‑
InGaN层生长时，以N2作为载气。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述P型复合层还包括P
‑
InAlGaN层，所述P
‑
InAlGaN层设于所述P
‑
InGaN层之上，所述P
‑
InAlGaN层生长时，以N2作为载气。
[0014]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。
[0015]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，P型复合层包括依次层叠的Mg3N2层、P
‑
GaN层和P
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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，其特征在于，包括衬底和依次设于所述衬底上的AlN缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型复合层、电子阻挡层和P型GaN层，所述P型复合层包括依次层叠的Mg3N2层、P
‑
GaN层、P
‑
InGaN层，其中P
‑
GaN层和P
‑
InGaN层的P型掺杂元素为Mg；所述P
‑
GaN层中Mg的掺杂浓度＜所述P
‑
InGaN层中Mg的掺杂浓度；所述Mg3N2层的生长温度＜所述P
‑
GaN层的生长温度＜所述P
‑
InGaN层的生长温度；所述Mg3N2层的生长压力＞所述P
‑
GaN层的生长压力＞所述P
‑
InGaN层的生长压力。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Mg3N2层的厚度为3nm~10nm；所述P
‑
GaN层的厚度为5nm~30nm，所述P
‑
GaN层中Mg的掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3~5
×
10
18
cm
‑3；所述P
‑
InGaN层的厚度为4nm~10nm，In组分的占比为0.05~0.15，所述P
‑
InGaN层中Mg的掺杂浓度为5.3
×
10
18
cm
‑3~9.5
×
10
18
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Mg3N2层的生长温度为700℃~725℃，生长压力为350torr~450torr；所述P
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GaN层的生长温度为726℃~750℃，生长压力为250torr~349torr；所述P
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InGaN层的生长温度为751℃~775℃，生长压力为150torr~249torr。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述P型复合层还包括P
‑
InAlGaN层，所述P
‑
InAlGaN层设于所述P
‑
InGaN层之上，所述P
‑
InAlGaN层的厚度为4nm~10nm，In组分的占比为0.05~0....

【专利技术属性】
技术研发人员：印从飞，张彩霞，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：