一種發(fā)光二極管的外延片及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種發(fā)光二極管的外延片及其制備方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。外延片包括有源層等，有源層包括多個(gè)量子阱子層和多個(gè)量子壘子層，多個(gè)量子阱子層和多個(gè)量子壘子層交替層疊設(shè)置，多個(gè)量子壘子層沿外延片的層疊方向依次屬于第一量子壘、第二量子壘、第三量子壘；第一量子壘為摻有Si的鋁鎵氮層或者摻有Si的氮化鎵層，第二量子壘為摻有Si的鋁鎵氮層或者摻有Si的氮化鎵層或者未摻雜的鋁鎵氮層或者未摻雜的氮化鎵層，第三量子壘由未摻雜的鋁鎵氮層和未摻雜的銦鎵氮層組成，第一量子壘中Si的摻雜濃度大于第二量子壘中Si的摻雜濃度。本發(fā)明專利技術(shù)在不降低光效的情況下有效降低正向工作電壓。

Epitaxial slice of light-emitting diode and preparation method thereof

The invention discloses an epitaxial slice of a light-emitting diode and a preparation method thereof, belonging to the field of semiconductor technology. The epitaxial wafer includes an active layer, an active layer includes a plurality of quantum well layer and a plurality of quantum barrier layer, a multi quantum well layer and a plurality of sub quantum barrier layers are alternately laminated, multiple quantum barrier layer along the epitaxial lamination direction are belong to the first and second quantum barrier quantum barrier, third quantum barrier; quantum barrier for the first gallium nitride layer doped with Si AlGaN layer or Si doped Gan, AlGaN layer layer second layer of gallium nitride quantum barrier is doped with Si AlGaN layer or Si doped or undoped or doped, AlGaN quantum barrier by third layer of undoped and indium gallium nitride layer of undoped, doped first quantum barrier of Si more than second doping quantum barrier Si. The invention effectively reduces the forward working voltage without reducing the luminous efficiency.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種發(fā)光二極管的外延片及其制備方法
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體
，特別涉及一種發(fā)光二極管的外延片及其制備方法。
技術(shù)介紹
發(fā)光二極管(英文：LightEmittingDiode，簡(jiǎn)稱：LED)具有成本低、節(jié)能環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于照明、顯示屏、信號(hào)燈、背光源等領(lǐng)域。近年來，LED的光效越來越高，但是光效的提升都伴隨著正向工作電壓的升高。另外，為了解決LED內(nèi)的藍(lán)寶石襯底和GaN外延層之間的晶格失配，以及InGaN量子阱和GaN量子壘之間的晶格失配問題，需要在LED內(nèi)增加緩沖層和應(yīng)力釋放層，但是新增的緩沖層和應(yīng)力釋放層又會(huì)進(jìn)一步升高LED的正向工作電壓。目前，常用的降低LED的正向工作電壓的方法是在LED內(nèi)各層中增加Si的摻雜量，但是這種方法會(huì)造成電子和空穴的非輻射復(fù)合增多，帶來降低光效的副作用，光效的提升效果有限。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)光效的提升效果有限的問題，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片及其制備方法。所述技術(shù)方案如下：一方面，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的緩沖層、非摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、應(yīng)力釋放層、有源層、P型電子阻擋層、P型氮化鎵層，所述有源層包括多個(gè)量子阱子層和多個(gè)量子壘子層，所述多個(gè)量子阱子層和所述多個(gè)量子壘子層交替層疊設(shè)置，所述多個(gè)量子阱子層均為銦鎵氮層，所述多個(gè)量子壘子層沿所述外延片的層疊方向依次屬于第一量子壘、第二量子壘、第三量子壘；屬于第一量子壘的每個(gè)所述量子壘子層為摻有Si的鋁鎵氮層、或者摻有Si的氮化鎵層，屬于第二量子壘的每個(gè)所述量子壘子層為摻有Si的鋁鎵氮層、或者摻有Si的氮化鎵層、或者未摻雜的鋁鎵氮層、或者未摻雜的氮化鎵層，屬于第三量子壘的每個(gè)所述量子壘子層由未摻雜的鋁鎵氮層和未摻雜的銦鎵氮層組成，屬于第一量子壘的每個(gè)所述量子壘子層中Si的摻雜濃度大于屬于第二量子壘的每個(gè)所述量子壘子層中Si的摻雜濃度。可選地，屬于第一量子壘的每個(gè)所述量子壘子層的厚度小于屬于第二量子壘的每個(gè)所述量子壘子層的厚度，屬于第二量子壘的每個(gè)所述量子壘子層的厚度小于屬于第三量子壘的每個(gè)所述量子壘子層的厚度。可選地，屬于第二量子壘的所有所述量子壘子層分成摻有Si的部分和未摻雜的部分，沿所述外延片的層疊方向，所述摻有Si的部分位于所述未摻雜的部分的中間。優(yōu)選地，所述摻有Si的部分中Si的摻雜濃度沿所述外延片的層疊方向先線性增大再線性減小。可選地，屬于第一量子壘的每個(gè)所述量子壘子層中Si的摻雜濃度為2×1018～4×1018cm-3。可選地，所述量子壘子層的層數(shù)為6～18層。優(yōu)選地，屬于第一量子壘的所有所述量子壘子層的層數(shù)為2～4層。可選地，所述外延片還包括設(shè)置在所述N型氮化鎵層和所述應(yīng)力釋放層之間的N型鋁鎵氮層。另一方面，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的制備方法，所述制備方法包括：提供一襯底；在所述襯底上依次生長(zhǎng)緩沖層、非摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、應(yīng)力釋放層、有源層、P型電子阻擋層、P型氮化鎵層；其中，所述有源層包括多個(gè)量子阱子層和多個(gè)量子壘子層，所述多個(gè)量子阱子層和所述多個(gè)量子壘子層交替層疊設(shè)置，所述多個(gè)量子阱子層均為銦鎵氮層，所述多個(gè)量子壘子層沿所述外延片的層疊方向依次屬于第一量子壘、第二量子壘、第三量子壘；屬于第一量子壘的每個(gè)所述量子壘子層為摻有Si的鋁鎵氮層、或者摻有Si的氮化鎵層，屬于第二量子壘的每個(gè)所述量子壘子層為摻有Si的鋁鎵氮層、或者摻有Si的氮化鎵層、或者未摻雜的鋁鎵氮層、或者未摻雜的氮化鎵層，屬于第三量子壘的每個(gè)所述量子壘子層由未摻雜的鋁鎵氮層和未摻雜的銦鎵氮層組成，屬于第一量子壘的每個(gè)所述量子壘子層中Si的摻雜濃度大于屬于第二量子壘的每個(gè)所述量子壘子層中Si的摻雜濃度。可選地，所述制備方法還包括：在所述N型氮化鎵層和所述應(yīng)力釋放層之間生長(zhǎng)N型鋁鎵氮層。本專利技術(shù)實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：通過將有源層中的量子壘子層分成第一量子壘、第二量子壘、第三量子壘，第一量子壘為摻有Si的鋁鎵氮層、或者摻有Si的氮化鎵層，第二量子壘為摻有Si的鋁鎵氮層、或者摻有Si的氮化鎵層、或者未摻雜的鋁鎵氮層、或者未摻雜的氮化鎵層，第三量子壘由未摻雜的鋁鎵氮層和未摻雜的銦鎵氮層組成，第一量子壘高摻Si，可以增強(qiáng)電流的擴(kuò)展能力，有效降低正向工作電壓，同時(shí)第二量子壘低摻Si，第三量子壘不摻雜Si，Si的摻雜濃度沿外延層的層疊方向減小，可以將電子阻擋在量子阱子層中進(jìn)行復(fù)合發(fā)光，不會(huì)造成光效的降低。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例一提供的一種發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例一提供的有源層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例一提供的量子壘子層中Si的摻雜濃度的分布示意圖；圖4是本專利技術(shù)實(shí)施例一提供的量子壘子層生長(zhǎng)時(shí)間的分布示意圖；圖5是本專利技術(shù)實(shí)施例一提供的正向工作電壓的對(duì)比示意圖；圖6是本專利技術(shù)實(shí)施例一提供的抗靜電能力的對(duì)比示意圖；圖7是本專利技術(shù)實(shí)施例一提供的第二量子壘中Si的摻雜濃度的變化示意圖；圖8是本專利技術(shù)實(shí)施例二提供的一種發(fā)光二極管的外延片的制備方法的流程圖；圖9a-圖9i是本專利技術(shù)實(shí)施例二提供的外延片制備過程中的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。實(shí)施例一本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，參見圖1，該外延片包括襯底1、以及依次層疊在襯底上的緩沖層2、非摻雜氮化鎵層3、N型氮化鎵層4、應(yīng)力釋放層5、有源層6、P型電子阻擋層7、P型氮化鎵層8。在本實(shí)施例中，參見圖2，有源層6包括多個(gè)量子阱子層61和多個(gè)量子壘子層，多個(gè)量子阱子層61和多個(gè)量子壘子層交替層疊設(shè)置，多個(gè)量子阱子層61均為銦鎵氮層，多個(gè)量子壘子層沿外延片的層疊方向(如圖中箭頭所示)依次屬于第一量子壘62a、第二量子壘62b、第三量子壘62c。屬于第一量子壘的每個(gè)量子壘子層為摻有Si的鋁鎵氮層、或者摻有Si的氮化鎵層，屬于第二量子壘的每個(gè)量子壘子層為摻有Si的鋁鎵氮層、或者摻有Si的氮化鎵層、或者未摻雜的鋁鎵氮層、或者未摻雜的氮化鎵層，屬于第三量子壘的每個(gè)量子壘子層由未摻雜的鋁鎵氮層和未摻雜的銦鎵氮層組成，屬于第一量子壘的每個(gè)量子壘子層中Si的摻雜濃度大于屬于第二量子壘的每個(gè)量子壘子層中Si的摻雜濃度。例如，如圖2所示，有源層6包括16層量子阱子層61和16層量子壘子層，16層量子壘子層中，沿外延片的層疊方向，第1層至第3層量子壘子層屬于第一量子壘62a，第4層至第15層量子壘子層屬于第二量子壘62b，第16層量子壘子層屬于第三量子壘62c。如圖3所示，第1層至第3層量子壘子層中Si的摻雜濃度為4×1018cm-3，第4層至第15層量子壘子層中Si的摻雜濃度為0.5×1018cm-3，第16層量子壘子層中Si的摻雜濃度為0。通過將有源層中的量子壘子層分成第一量子壘、第二量子壘、第三量子壘，第一量子壘為摻有Si的鋁鎵氮層、或本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的緩沖層、非摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、應(yīng)力釋放層、有源層、P型電子阻擋層、P型氮化鎵層，所述有源層包括多個(gè)量子阱子層和多個(gè)量子壘子層，所述多個(gè)量子阱子層和所述多個(gè)量子壘子層交替層疊設(shè)置，所述多個(gè)量子阱子層均為銦鎵氮層，其特征在于，所述多個(gè)量子壘子層沿所述外延片的層疊方向依次屬于第一量子壘、第二量子壘、第三量子壘；屬于第一量子壘的每個(gè)所述量子壘子層為摻有Si的鋁鎵氮層、或者摻有Si的氮化鎵層，屬于第二量子壘的每個(gè)所述量子壘子層為摻有Si的鋁鎵氮層、或者摻有Si的氮化鎵層、或者未摻雜的鋁鎵氮層、或者未摻雜的氮化鎵層，屬于第三量子壘的每個(gè)所述量子壘子層由未摻雜的鋁鎵氮層和未摻雜的銦鎵氮層組成，屬于第一量子壘的每個(gè)所述量子壘子層中Si的摻雜濃度大于屬于第二量子壘的每個(gè)所述量子壘子層中Si的摻雜濃度。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的緩沖層、非摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、應(yīng)力釋放層、有源層、P型電子阻擋層、P型氮化鎵層，所述有源層包括多個(gè)量子阱子層和多個(gè)量子壘子層，所述多個(gè)量子阱子層和所述多個(gè)量子壘子層交替層疊設(shè)置，所述多個(gè)量子阱子層均為銦鎵氮層，其特征在于，所述多個(gè)量子壘子層沿所述外延片的層疊方向依次屬于第一量子壘、第二量子壘、第三量子壘；屬于第一量子壘的每個(gè)所述量子壘子層為摻有Si的鋁鎵氮層、或者摻有Si的氮化鎵層，屬于第二量子壘的每個(gè)所述量子壘子層為摻有Si的鋁鎵氮層、或者摻有Si的氮化鎵層、或者未摻雜的鋁鎵氮層、或者未摻雜的氮化鎵層，屬于第三量子壘的每個(gè)所述量子壘子層由未摻雜的鋁鎵氮層和未摻雜的銦鎵氮層組成，屬于第一量子壘的每個(gè)所述量子壘子層中Si的摻雜濃度大于屬于第二量子壘的每個(gè)所述量子壘子層中Si的摻雜濃度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，屬于第一量子壘的每個(gè)所述量子壘子層的厚度小于屬于第二量子壘的所有所述量子壘子層的厚度，屬于第二量子壘的每個(gè)所述量子壘子層的厚度小于屬于第三量子壘的每個(gè)所述量子壘子層的厚度。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外延片，其特征在于，屬于第二量子壘的所有所述量子壘子層分成摻有Si的部分和未摻雜的部分，沿所述外延片的層疊方向，所述摻有Si的部分位于所述未摻雜的部分的中間。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的外延片，其特征在于，所述摻有Si的部分中Si的摻雜濃度沿所述外延片的層疊方向先線性增大再線性減小。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李紅麗，胡加輝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華燦光電浙江有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：浙江,33