内量子效率高的LED外延片及其制备方法、LED芯片与流程

本发明涉及半导体器件，具体涉及一种内量子效率高的led外延片及其制备方法、led芯片。

背景技术：

1、紫外led(uv led)主要应用在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、计算机数据存储和军事等方面。而且随着技术的发展,新的应用会不断出现以替代原有的技术和产品,紫外led有着广阔的市场应用前景,如紫外led光疗仪是未来很受欢迎的医疗器械,但是技术还处于成长期。

2、与gan基蓝光led相比，紫外led的研制面临着许多独特的技术困难，如：高al组分algan的材料的外延生长困难，一般而言，al组分越高，晶体质量越低，位错密度普遍在109-1010/cm2乃至更高； algan材料的掺杂与gan相比要困难得多，不论n型掺杂还是p型掺杂，随着al组分的增加，外延层的电导率迅速降低，尤其是p－algan的掺杂尤为棘手，掺杂剂mg的激活效率低下，导致空穴不足，导电性和发光效率锐降。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种内量子效率高的led外延片及其制备方法、led芯片，通过在n型半导体内部或之后设置n型插入层，具体为若干个aln/algan/gan/algan周期的超晶格结构，能够起到湮灭位错延伸、降低缺陷的作用，从而可以有效的提升外延片的内量子效率，最终提升发光效率。

2、本发明的第一方面在于提供一种内量子效率高的led外延片，包括衬底，所述外延片还包括：

3、依次层叠于所述衬底之上的n型半导体层、有源区发光层、电子阻挡层与p型半导体层；

4、其中，在所述n型半导体层内部还设有n型插入层，或者在所述n型半导体层与所述有源区发光层之间还设有n型插入层，所述n型插入层为周期性层叠的超晶格结构，所述n型插入层的每一个周期均包括层叠设置的第一插入子层、第二插入子层、第三插入子层与第四插入子层，所述第一插入子层为aln层，所述第二插入子层与所述第四插入子层均为algan层，所述第三插入子层为gan层；

5、所述n型插入层内掺杂有si元素，掺杂浓度为5x1018atoms/cm3-1x1020atoms/cm3。

6、根据上述技术方案的一方面，所述n型插入层的每一个周期中，所述第一插入子层与所述第三插入子层的厚度均为1nm-5nm，所述第二插入子层与所述第四插入子层的厚度均为5nm-25nm。

7、根据上述技术方案的一方面，所述n型插入层的周期数为16个，所述n型插入层的厚度为50nm-1000nm。

8、根据上述技术方案的一方面，所述第二插入子层与所述第四插入子层中，al组分占比均为40%-60%。

9、根据上述技术方案的一方面，所述外延片还包括高温aln层，所述高温aln层层叠于所述衬底上。

10、根据上述技术方案的一方面，所述外延片还包括algan过渡层，所述高温aln层及algan过渡层依次层叠于所述衬底上，所述n型半导体层层叠于所述algan过渡层上。

11、根据上述技术方案的一方面，所述algan过渡层中al组分由所述高温aln层向所述n型半导体层递减，al组分由100%递减至50%。

12、根据上述技术方案的一方面，所述n型半导体层为n型掺杂的alxga1-xn层，所述电子阻挡层为alyga1-yn层，所述p型半导体层为p型掺杂的alzga1-zn层，且所述p型半导体层中的al组分高于所述有源区发光层中的al组分。

13、本发明的第二方面在于提供一种内量子效率高的led外延片的制备方法，所述制备方法用于制备上述技术方案当中所述的led外延片，所述方法包括：

14、提供一衬底；

15、在所述衬底之上依次制作高温aln层与algan过渡层；

16、在所述algan过渡层之上依次制作包括n型插入层的n型半导体层、有源区发光层、电子阻挡层与p型半导体层；或者

17、在所述algan过渡层之上依次制作n型半导体层、n型插入层、有源区发光层、电子阻挡层与p型半导体层；

18、其中，所述n型插入层为周期性层叠的超晶格结构，所述n型插入层的每一个周期均包括层叠设置的第一插入子层、第二插入子层、第三插入子层与第四插入子层，所述第一插入子层为aln层，所述第二插入子层与所述第四插入子层均为algan层，所述第三插入子层为gan层。

19、本发明的第三方面在于提供一种led芯片，所述led芯片包括上述技术方案当中所述的led外延片。

20、与现有技术相比，采用本发明所示的内量子效率高的led外延片及其制备方法、led芯片，有益效果在于：

21、通过在n型半导体内部或之后设置n型插入层，该n型插入层为若干个aln/algan/gan/algan周期的超晶格结构，能够起到电流扩展、降低电子迁移效率、阻止电子溢流的作用，从而提升电子与空穴的辐射复合效率，同时可以改善老化性能和降低工作电压，通过三种不同晶格材料常数的材料进行交替生长，能够很好的控制拉伸应力以及压应力的调控，起到良好的应力释放效果，可以起到湮灭位错延伸、降低缺陷的作用，从而可以有效的提升外延片的内量子效率，最终提升发光效率。

技术特征：

1.一种内量子效率高的led外延片，包括衬底，其特征在于，所述外延片还包括：

2.根据权利要求1所述的内量子效率高的led外延片，其特征在于，所述n型插入层的每一个周期中，所述第一插入子层与所述第三插入子层的厚度均为1nm-5nm，所述第二插入子层与所述第四插入子层的厚度均为5nm-25nm。

3.根据权利要求2所述的内量子效率高的led外延片，其特征在于，所述n型插入层的周期数为16个，所述n型插入层的厚度为50nm-1000nm。

4.根据权利要求1所述的内量子效率高的led外延片，其特征在于，所述第二插入子层与所述第四插入子层中，al组分占比均为40%-60%。

5.根据权利要求1所述的内量子效率高的led外延片，其特征在于，所述外延片还包括高温aln层，所述高温aln层层叠于所述衬底上。

6.根据权利要求1所述的内量子效率高的led外延片，其特征在于，所述外延片还包括algan过渡层，所述高温aln层及algan过渡层依次层叠于所述衬底上，所述n型半导体层层叠于所述algan过渡层上。

7.根据权利要求6所述的内量子效率高的led外延片，其特征在于，所述algan过渡层中al组分由所述高温aln层向所述n型半导体层递减，al组分由100%递减至50%。

8.根据权利要求1-7任一项所述的内量子效率高的led外延片，其特征在于，所述n型半导体层为n型掺杂的alxga1-xn层，所述电子阻挡层为alyga1-yn层，所述p型半导体层为p型掺杂的alzga1-zn层，且所述p型半导体层中的al组分高于所述有源区发光层中的al组分。

9.一种内量子效率高的led外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1-8任一项所述的led外延片，所述方法包括：

10.一种led芯片，其特征在于，所述led芯片包括权利要求1-8任一项所述的led外延片。

技术总结
本发明公开了一种内量子效率高的LED外延片及其制备方法、LED芯片，该外延片包括衬底，依次层叠于衬底之上的N型半导体层、有源区发光层、电子阻挡层与P型半导体层；其中，在N型半导体层内部还设有N型插入层，或者在N型半导体层与有源区发光层之间还设有N型插入层，为周期性层叠的超晶格结构，每一个周期均包括层叠设置的第一插入子层、第二插入子层、第三插入子层与第四插入子层，第一插入子层为AlN层，第二插入子层与第四插入子层均为AlGaN层，第三插入子层为GaN层，本发明通过在N型半导体内部或之后设置N型插入层，能够起到湮灭位错延伸、降低缺陷的作用，从而提升外延片的内量子效率，最终提升发光效率。

技术研发人员：刘春杨,吕蒙普,胡加辉,金从龙,顾伟
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16