发光二极管外延片及其制备方法、LED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。发光二极管外延片包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；所述应力释放层包括依次层叠于所述N型GaN层上的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层为Si掺AlN层；所述第二子层为二元共掺GaN层，其掺杂元素为Cr和Si；所述第三子层为Si掺GaN层和Mg掺InN层交替层叠形成的周期性结构。实施本发明专利技术，可提升发光效率。可提升发光效率。可提升发光效率。

【技术实现步骤摘要】
发光二极管外延片及其制备方法、LED


[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、LED。

技术介绍

[0002]LEDs(Light emitting diodes)，即发光二极管，是众多二极管中的一种，当在其两端加以正向电压并超过某一特定值时，LEDs会发出具有特定波长的光，光的特定波长取决于LED的制造材料。目前，用于LEDs制造的主要材料分别为III族磷化物和III族氮化物半导体材料体系。
[0003]多量子阱层中InGaN量子阱中的In组分较高，由于InN与GaN之间巨大的晶格失配(约11％)致使InGaN量子阱中存在较大的压应力并引诱产生极化电场。极化电场的产生降低了电子空穴波函数的空间重叠度和发光效率。因此为了缓解多量子阱的应力，通常在多量子阱前插入一层InGaN/GaN超晶格层应力释放层。但这种应力释放层具有以下缺点：首先，无法释放高温沉积非掺杂GaN/n型GaN层的热膨胀应力，第二，InGaN/GaN超晶格层无法释放衬底与GaN外延层之间较大的张应力，导致多量子阱层累积应力产生极化效应，发光二极管发光效率下降。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管外延片及其制备方法，其可提升发光二极管的发光效率。
[0005]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。
[0006]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，其包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；所述应力释放层包括依次层叠于所述N型GaN层上的第一子层、第二子层和第三子层；
[0007]所述第一子层为Si掺AlN层；
[0008]所述第二子层为二元共掺GaN层，其掺杂元素为Cr和Si；
[0009]所述第三子层为Si掺GaN层和Mg掺InN层交替层叠形成的周期性结构。
[0010]作为上述技术方案的改进，所述Si掺AlN层中Si掺杂浓度为5
×
10
17
cm
‑3～5
×
10
18
cm
‑3，其厚度为40nm～100nm。
[0011]作为上述技术方案的改进，所述二元共掺GaN层中Si掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3～1
×
10
18
cm
‑3，Cr掺杂浓度为5
×
10
16
cm
‑3～1
×
10
18
cm
‑3，厚度为50nm～100nm。
[0012]作为上述技术方案的改进，所述第三子层的周期数为2～12，所述Si掺GaN层的厚度为10nm～50nm，所述Mg掺InN层的厚度为1nm～10nm；
[0013]所述Si掺GaN层中Si掺杂浓度为5
×
10
16
cm
‑3～7
×
10
17
cm
‑3，所述Mg掺InN层中Mg的掺杂浓度为1
×
10
16
cm
‑3～1
×
10
18
cm
‑3。
[0014]作为上述技术方案的改进，所述Si掺AlN层中Si掺杂浓度大于所述二元共掺GaN层中Si掺杂浓度，所述二元共掺GaN层中Si掺杂浓度大于所述Si掺GaN层中Si掺杂浓度。
[0015]作为上述技术方案的改进，所述多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层；
[0016]所述InGaN量子阱层中In组分占比为0.15～0.25，其厚度为2nm～5nm；
[0017]所述AlGaN量子垒等中Al组分占比为0.01～0.1，其厚度为5nm～15nm。
[0018]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：
[0019]提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；所述应力释放层包括依次层叠于所述N型GaN层上的第一子层、第二子层和第三子层；
[0020]所述第一子层为Si掺AlN层；
[0021]所述第二子层为二元共掺GaN层，其掺杂元素为Cr和Si；
[0022]所述第三子层为Si掺GaN层和Mg掺InN层交替层叠形成的周期性结构。
[0023]作为上述技术方案的改进，所述Si掺AlN层的生长温度为900℃～1100℃，生长压力为50torr～500torr；
[0024]所述二元共掺GaN层的生长温度为750℃～950℃，生长压力为50torr～500torr；
[0025]所述Si掺GaN层的生长温度为750℃～950℃，生长压力为50torr～500torr；
[0026]所述Mg掺InN层的生长温度为750℃～950℃，生长压力为50torr～500torr。
[0027]作为上述技术方案的改进，所述应力释放层的生长气氛为N2和NH3的混合气体，N2和NH3的体积比为1:1～1:10。
[0028]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。
[0029]实施本专利技术，具有如下有益效果：
[0030]本专利技术的发光二极管外延片中，在N型GaN层与多量子阱层之间设置了应力释放层，其包括第一子层、第二子层和第三子层；其中，第一子层为Si掺AlN层，由于AlN的晶格常数小于GaN的晶格常数，故在N型GaN层上共格生长Si掺AlN层时，可对N型GaN层产生压应力，有利于N型GaN层中张应力的释放。第二子层为二元共掺GaN层，其掺杂元素为Cr和Si，一者其可释放高温非掺杂GaN层、N型GaN层生长过程中积累的热应力，二者，Cr掺杂也带来了压应力，释放了残余的张应力。第三子层为Si掺GaN层和Mg掺InN层交替层叠形成的超晶格结构。由于GaN的晶格常数与InN的晶格常数存在差异，当交替生长时会形成压应力、张应力反复变化的情况，进而在沉积多量子阱层前有效释放残余应力，相应的也促进了InGaN量子阱层中In原子的并入，改善了晶体质量，提升了器件的发光效率。此外，本专利技术的Si掺AlN层、二元共掺GaN层、Si掺GaN层中均引入了Si掺杂，其可增加电子的扩展通道，促进多量子阱层中电子的均匀分布，提升发光效率，降低工作电压。
附图说明
[0031]图1是本专利技术一实施例中发光二极管外延片的结构示意图；
[0032]图2是本专利技术一实施例之中第三子层的结构示意图；
[0033]图3是本专利技术一实施例中发光二极管外延片的制备方法流程图。
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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缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；所述应力释放层包括依次层叠于所述N型GaN层上的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层为Si掺AlN层；所述第二子层为二元共掺GaN层，其掺杂元素为Cr和Si；所述第三子层为Si掺GaN层和Mg掺InN层交替层叠形成的周期性结构。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Si掺AlN层中Si掺杂浓度为5
×
10
17
cm
‑3～5
×
10
18
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‑3，其厚度为40nm～100nm。3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述二元共掺GaN层中Si掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3～1
×
10
18
cm
‑3，Cr掺杂浓度为5
×
10
16
cm
‑3～1
×
10
18
cm
‑3，厚度为50nm～100nm。4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第三子层的周期数为2～12，所述Si掺GaN层的厚度为10nm～50nm，所述Mg掺InN层的厚度为1nm～10nm；所述Si掺GaN层中Si掺杂浓度为5
×
10
16
cm
‑3～7
×
10
17
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‑3，所述Mg掺InN层中Mg的掺杂浓度为1
×
10
16
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‑3～1
×

【专利技术属性】
技术研发人员：程龙，郑文杰，高虹，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：