CN105977355A - 一种发光二极管外延片及其制备方法 - Google Patents

一种发光二极管外延片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管外延片及其制备方法，属于半导体技术领域。所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层和P型GaN层，所述多量子阱层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，所述发光二极管外延片还包括层叠在所述P型GaN层上的N型接触层，所述N型接触层为掺杂Si的GaN层。本发明通过在P型GaN层上层叠N型接触层，N型接触层为掺杂Si的GaN层，降低电阻而增大导电率，有利于设置在N型接触层上的P型电极注入电流的横向扩展，特别适用于背光上。

Description

一种发光二极管外延片及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制备方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)作为一种高效、绿色环保的新型固态照明光源，具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高及使用功耗低等优点，在照明领域得到了广泛的应用，同时LED在手机、显示屏等背光方面的应用也愈来愈热门。
现有的LED外延片包括衬底、缓冲层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
应用在背光上的LED芯片是细长型的，现有LED外延片制作的LED芯片的横向扩展能力较差，应用在背光上的发光效率较低。
发明内容
为了解决现有技术横向扩展能力较差、应用在背光上的发光效率较低的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其制备方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层和P型GaN层，所述多量子阱层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，所述发光二极管外延片还包括层叠在所述P型GaN层上的N型接触层，所述N型接触层为掺杂Si的GaN层。
可选地，所述N型接触层中载流子的浓度为1018cm-3～1020cm-3。
优选地，所述N型接触层中载流子的浓度为5*1019cm-3。
可选地，所述N型接触层的厚度为1nm～20nm。
优选地，所述N型接触层的厚度为5nm。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上生长未掺杂GaN层；
在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；
在所述N型GaN层上生长多量子阱层，所述多量子阱层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层；
在所述多量子阱层上生长P型GaN层；
在所述P型GaN层上生长N型接触层，所述N型接触层为掺杂Si的GaN层。
可选地，所述N型接触层生长时通入的Si流量为20sccm～140sccm。
优选地，所述N型接触层生长时通入的Si流量为70sccm。
可选地，所述N型接触层中载流子的浓度为1018cm-3～1020cm-3。
可选地，所述N型接触层的厚度为1nm～20nm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在P型GaN层上层叠N型接触层，N型接触层为掺杂Si的GaN层，降低电阻而增大导电率，有利于设置在N型接触层上的P型电极注入电流的横向扩展，特别适用于背光上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种发光二极管外延片的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，适用于蓝绿光的GaN基LED，参见图1，该发光二极管外延片包括衬底100、以及依次层叠在衬底100上的未掺杂GaN层101、N型GaN层102、多量子阱层103、P型GaN层104、N型接触层105，多量子阱层104包括交替层叠的InGaN量子阱层103a和GaN量子垒层103b，N型接触层105为掺杂Si的GaN层。
可以理解地，N型接触层中的载流子为电子，电子的迁移率远高于空穴，降低了电阻，增大导电率，有利于设置在N型接触层上的P型电极注入电流的横向扩展，使得发光均匀性得到质的改善，大大提高发光效率。
在本实施例中，InGaN量子阱层103a和GaN量子垒层103b的层数均为6，以与N型接触层配合，提高电流的横向扩展能力，改善发光均匀性，提高发光效率。
具体地，衬底100可以为蓝宝石衬底，也可以为其它衬底，如Si衬底、SiC衬底等。
可选地，未掺杂GaN层101的厚度可以为1μm～4μm。
优选地，未掺杂GaN层101的厚度可以为2μm。
可选地，N型GaN层102的厚度可以为1μm～4μm。
优选地，N型GaN层102的厚度可以为2μm。
可选地，InGaN量子阱层103a的厚度可以为2.8nm～3.8nm。
优选地，InGaN量子阱层103a的厚度可以为3nm～3.5nm。
可选地，GaN量子垒层103b的厚度可以为6nm～20nm。
优选地，GaN量子垒层103b的厚度可以为8nm～15nm。
可选地，P型GaN层104的厚度可以为100nm～500nm。
优选地，P型GaN层104的厚度可以为200nm。
可选地，N型接触层105中载流子的浓度可以为1018cm-3～1020cm-3。当N型接触层105中载流子的浓度小于1018cm-3时，无法有效提高P型电极注入电流的横向扩展能力；当N型接触层105中载流子的浓度大于1020cm-3时，会影响P型GaN层向多量子阱层注入空穴。
优选地，N型接触层105中载流子的浓度可以为5*1019cm-3。
可选地，N型接触层105的厚度可以为1nm～20nm。当N型接触层105的厚度小于1nm或者大于20nm时，均无法有效提高P型电极注入电流的横向扩展能力。
优选地，N型接触层105的厚度可以为5nm。
本发明实施例通过在P型GaN层上层叠N型接触层，N型接触层为掺杂Si的GaN层，降低电阻而增大导电率，有利于设置在N型接触层上的P型电极注入电流的横向扩展，特别适用于背光上。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，适用于制备如实施例一提供的发光二极管外延片，参见图2，该制备方法包括：
步骤200：提供一衬底。
在本实施例中，衬底可以为蓝宝石衬底，也可以为其它衬底，如Si衬底、SiC衬底等。
具体地，该步骤200可以包括：
将放置在石墨盘中衬底送入反应腔中，并加热反应腔至1000～1100℃，增大反应腔内压强至500torr，对衬底进行5min的预处理。
步骤201：在衬底上生长未掺杂GaN层。
可选地，未掺杂GaN层的厚度可以为1μm～4μm。
优选地，未掺杂GaN层的厚度可以为2μm。
具体地，该步骤201可以包括：
加热反应腔至1100～1200℃，降低反应腔内压强至200torr，在衬底上生长一层1～4μm(优选2μm)厚的未掺杂GaN层。
步骤202：在未掺杂GaN层上生长N型GaN层。
可选地，N型GaN层的厚度可以为1μm～4μm。
优选地，N型GaN层的厚度可以为2μm。
具体地，该步骤202可以包括：
保持反应腔内温度为1100～1200℃，保持反应腔内压强为200torr，在未掺杂GaN层上生长一层1～4μm(优选2μm)厚掺Si的N型GaN层。
步骤203：在N型GaN层上生长多量子阱层。
在本实施例中，多量子阱层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。
可选地，InGaN量子阱层的厚度可以为2.8nm～3.8nm。
优选地，InGaN量子阱层的厚度可以为3nm～3.5nm。
可选地，GaN量子垒层的厚度可以为6nm～20nm。
优选地，GaN量子垒层的厚度可以为8nm～15nm。
具体地，该步骤203可以包括：
保持反应腔内压强为200torr，同时降低反应腔内温度，在N型GaN层上生长一层多量子阱层，多量子阱层包括交替生长的6个InGaN量子阱层和6个与InGaN量子垒层，其中，InGaN量子阱层的厚度为2.8～3.8nm(优选为3～3.5nm)，生长温度为750～780℃；GaN量子垒层的厚度为6nm～20nm(优选为8～15nm)，生长温度为900℃。
步骤204：在多量子阱层上生长P型GaN层。
可选地，P型GaN层的厚度可以为100nm～500nm。
优选地，P型GaN层的厚度可以为200nm。
具体地，该步骤204可以包括：
加热反应腔至940～970℃，反应腔内压强保持为200torr，在多量子阱区层上生长一层100～500nm(优选200nm)厚的掺Mg的P型GaN层。
步骤205：在P型GaN层上生长N型接触层。
在本实施例中，N型接触层为掺杂Si的GaN层。
可选地，N型接触层生长时通入的Si流量可以为20sccm～140sccm。
优选地，N型接触层生长时通入的Si流量可以为70sccm。
可选地，N型接触层中载流子的浓度可以为1018cm-3～1020cm-3。
优选地，N型接触层中载流子的浓度可以为5*1019cm-3。
可选地，N型接触层的厚度可以为1nm～20nm。
优选地，N型接触层的厚度可以为5nm。
具体地，该步骤205可以包括：
保持反应腔温度940～970℃、反应腔压力200torr，生长GaN时掺Si量70sccm，生成载流子浓度为5*1019cm-3，厚度为5nm的N型接触层。
本发明实施例通过在P型GaN层上层叠N型接触层，N型接触层为掺杂Si的GaN层，降低电阻而增大导电率，有利于设置在N型接触层上的P型电极注入电流的横向扩展，特别适用于背光上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层和P型GaN层，所述多量子阱层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括层叠在所述P型GaN层上的N型接触层，所述N型接触层为掺杂Si的GaN层。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述N型接触层中载流子的浓度为1018cm-3～1020cm-3。
3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述N型接触层中载流子的浓度为5*1019cm-3。
4.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述N型接触层的厚度为1nm～20nm。
5.根据权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述N型接触层的厚度为5nm。
6.一种发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上生长未掺杂GaN层；
在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；
在所述N型GaN层上生长多量子阱层，所述多量子阱层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层；
在所述多量子阱层上生长P型GaN层；
在所述P型GaN层上生长N型接触层，所述N型接触层为掺杂Si的GaN层。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述N型接触层生长时通入的Si流量为20sccm～140sccm。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述N型接触层生长时通入的Si流量为70sccm。
9.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述N型接触层中载流子的浓度为1018cm-3～1020cm-3。
10.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述N型接触层的厚度为1nm～20nm。
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