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发光二极管外延片及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
发光二极管外延片及其制备方法、LED


[0001]本专利技术涉及光电
，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]发光二极管简称
LED
，是一种将电能直接转化为光能的半导体发光器件，具有较高的转换效率
。
为了获得高亮度的
LED
，关键要提高器件的内量子效率和外量子效率
。
而现今应用于市场上的发光二极管均是采用异质衬底外延制备，由于异质衬底（包括蓝宝石衬底
、
碳化硅衬底
、
硅衬底等）与外延材料之间存在较大的晶格失配和热失配，导致外延材料在生长过程中会受到较大的应力，且容易形成位错产生缺陷，从而降低发光二极管的光效
。
另外，蓝光
GaN
基的
LED
内量子效率可达
80%
以上，但大功率
LED
芯片的外量子效率通常只有
40%
左右
。
制约外量子效率提高的主要因素是芯片的光提取效率较低，这是因为
GaN
材料的折射率与空气的折射率和蓝宝石衬底的折射率相差较大，导致空气与
GaN
界面以及蓝宝石与
GaN
界面发生全反射的临界角分别只有
23.6
°
和
44.4
°
，有源区产生的光只有少数能够逃逸出体材料
。
为了提高芯片的光提取效率，目前国内外采用的主要技术方案有生长分布布拉格反射层结构
、
图形化衬底技术
、
表面粗化技术和光子晶体技术等
。
图形化衬底对图形的规则度要求很高，加之蓝宝石衬底比较坚硬，无论是干法刻蚀还是湿法刻蚀工艺，在整片图形的一致性和均匀性上都有一定的难度，且制作过程对设备和工艺要求很高，导致成本偏高
。
布拉格反射层结构和光子晶体制作工艺相对复杂
、
成本较高，而表面粗化技术采用干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺，也存在很大挑战
。
因此，为了提高发光二极管的发光效率，即提高器件的内量子效率和外量子效率，通过优化发光二极管的外延结构和工艺来提高外延材料的质量以及提高有源区中光子逸出体材料的占比是十分必要的
。

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，其能够提升发光二极管的内量子效率，同时能够提高有源区中光子逸出体材料的占比，即提高芯片的光提取效率
。
[0004]本专利技术所要解决的技术问题还在于，提供一种发光二极管外延片的制备方法，其工艺简单，能够稳定制得发光效率良好的发光二极管外延片
。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种发光二极管外延片，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层
、N
型半导体层
、
应力释放层
、
多量子阱发光层
、
电子阻挡层
、P
型半导体层；所述
N
型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的第一
Si
掺杂多孔
GaN
层
、
第二
Si
掺杂多孔
GaN
层
、
非掺杂
GaN
合并层
、
金属反射层和
Si
掺杂
GaN
层
。
[0006]在一种实施方式中，所述第一
Si
掺杂多孔
GaN
层上设有贯穿所述第一
Si
掺杂多孔
GaN
层的第一
V
型孔洞，所述第一
V
型孔洞的孔洞密度为2×
108个
/cm2‑5×
10
11
个
/cm2；所述第一
Si
掺杂多孔
GaN
层的厚度为
10nm~500nm
；
所述第一
Si
掺杂多孔
GaN
层的
Si
掺杂浓度为5×
10
16
atoms/cm3~2
×
10
18
atoms/cm3；所述第一
Si
掺杂多孔
GaN
层的生长温度为
950℃~1150℃。
[0007]在一种实施方式中，所述第二
Si
掺杂多孔
GaN
层上设有贯穿所述第二
Si
掺杂多孔
GaN
层的第二
V
型孔洞和第三
V
型孔洞，所述第二
V
型孔洞的开口尺寸大于所述第三
V
型孔洞的开口尺寸；所述第二
Si
掺杂多孔
GaN
层的厚度为
10nm~500nm
；所述第二
Si
掺杂多孔
GaN
层的
Si
掺杂浓度为5×
10
16
atoms/cm3~2
×
10
18
atoms/cm3；所述第二
Si
掺杂多孔
GaN
层的生长温度为
1100℃~1250℃。
[0008]在一种实施方式中，所述非掺杂
GaN
合并层完全填充所述第二
Si
掺杂多孔
GaN
层上孔洞；所述非掺杂
GaN
合并层的厚度为
0.2
μ
m~2
μ
m
；所述非掺杂
GaN
合并层的生长温度为
1100℃~1250℃。
[0009]在一种实施方式中，所述金属反射层为
Al
层
、Ga
层
、Mg
层和
In
层中的一种或多种组合；所述金属反射层的厚度为
2nm~200nm
；所述金属反射层的生长温度为
600℃~1200℃。
[0010]在一种实施方式中，所述
Si
掺杂
GaN
层的厚度为2μ
m~8
μ
m
；所述
Si
掺杂
GaN
层的
Si
掺杂浓度为3×
10
18
atoms/cm3~5
×
10
19
atoms/cm3；所述
Si
掺杂
GaN
层的生长温度为
1100℃~1250℃。
[0011]相应地，本发本文档来自技高网...

【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，所述衬底上依次设有缓冲层
、N
型半导体层
、
应力释放层
、
多量子阱发光层
、
电子阻挡层
、P
型半导体层；所述
N
型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的第一
Si
掺杂多孔
GaN
层
、
第二
Si
掺杂多孔
GaN
层
、
非掺杂
GaN
合并层
、
金属反射层和
Si
掺杂
GaN
层
。2.
如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一
Si
掺杂多孔
GaN
层上设有贯穿所述第一
Si
掺杂多孔
GaN
层的第一
V
型孔洞，所述第一
V
型孔洞的孔洞密度为2×
108个
/cm2‑5×
10
11
个
/cm2；所述第一
Si
掺杂多孔
GaN
层的厚度为
10nm~500nm
；所述第一
Si
掺杂多孔
GaN
层的
Si
掺杂浓度为5×
10
16
atoms/cm3~2
×
10
18
atoms/cm3；所述第一
Si
掺杂多孔
GaN
层的生长温度为
950℃~1150℃。3.
如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二
Si
掺杂多孔
GaN
层上设有贯穿所述第二
Si
掺杂多孔
GaN
层的第二
V
型孔洞和第三
V
型孔洞，所述第二
V
型孔洞的开口尺寸大于所述第三
V
型孔洞的开口尺寸；所述第二
Si
掺杂多孔
GaN
层的厚度为
10nm~500nm
；所述第二
Si
掺杂多孔
GaN
层的
Si
掺杂浓度为5×
10
16
atoms/cm3~2
×
10
18
atoms/cm3；所述第二
Si
掺杂多孔
GaN
层的生长温度为
1100℃~1250℃。4.
如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述非掺杂
GaN
合并层完全填充所述第二
Si
掺杂多孔
GaN
层上孔洞；所述非掺杂
GaN
合并层的厚度为
0.2
μ
m~2
μ
m
；所述非掺杂
GaN
合并层的生长温度为
1100℃~1250℃。5.
如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述金属反射层为
Al
层
、Ga
层
、Mg
层和
In
层中的一种或多种组合；所述金属反射层的厚度为
2nm~200nm
；所述金属反射层的生长温度为
600℃~1200℃。6.
如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒俊，程龙，高虹，郑文杰，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：