发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管与流程

本发明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、发光二极管。

背景技术：

1、理想的n型和p型材料是各种半导体材料得以应用的前提，是各种半导体器件发挥良好性能的基础。对于已经进入市场化生产的gan基led器件，n型掺杂已经具备较成熟的技术，p型掺杂仍是目前阻碍gan基led进一步发展的障碍，p型gan基材料的空穴浓度和空穴迁移率是直接影响器件的发光效率的重要参数。mg是p型gan基材料的主要掺杂剂，由于mg的掺杂效率低、激活效率低、以及空穴的迁移率低，导致量子阱内的空穴浓度偏低，发光效率不高。为了提高空穴浓度，常用的方法是增加mg的掺杂浓度，而mg的掺杂浓度过高，会导致p-gan层的晶体质量严重下降，产生更多缺陷；当mg的掺杂浓度降低，p-gan层的晶体质量可以改善，但掺杂浓度下降，导致最终的空穴浓度降低。另外，也有学者提出p-ingan/algan极化掺杂，利用极化效应提高mg的掺杂效率，但是ingan中的in组分对生长温度极其敏感，需要较低的生长温度，可能导致晶体质量的下降，而algan中掺杂的mg激活能更高，导致激活效率更低，这些方法都难以兼顾晶体质量与掺杂效率。

技术实现思路

1、本发明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空穴浓度和空穴迁移率，提升发光效率。

2、为了解决上述问题，本发明公开了一种发光二极管外延片，包括衬底，依次层叠于所述衬底上的n型半导体层、多量子阱层和p型半导体层；所述p型半导体层为周期性结构，周期数为3~25，每个周期均包括依次层叠的第一p型gan层、第二p型gan层和二维inse层；

3、其中，所述第一p型gan层中gan为立方闪锌矿结构，所述第二p型gan层中gan为六方纤锌矿结构。

4、作为上述技术方案的改进，所述第一p型gan层的厚度为1nm~5nm，所述第二p型gan层的厚度为1nm~5nm，所述二维inse层的厚度为0.8nm~1.6nm。

5、作为上述技术方案的改进，所述第一p型gan层的厚度小于所述第二p型gan层的厚度。

6、作为上述技术方案的改进，所述第一p型gan层的掺杂浓度为5×1019cm-3~1×1021cm-3，第二p型gan层的掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1020cm-3。

7、作为上述技术方案的改进，所述发光二极管外延片包括衬底和依次层叠于衬底上的缓冲层、非掺杂半导体层、n型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、p型半导体层和p型接触层。

8、作为上述技术方案的改进，所述缓冲层为aln层，其厚度为15nm~50nm；

9、所述非掺杂半导体层为非掺杂gan层，其厚度为1μm~3μm；

10、所述n型半导体层为n型gan层，其厚度为1μm~3μm，掺杂浓度为5×1018cm-3~1×1020cm-3；

11、所述多量子阱层为周期性结构，周期数为6~12，每个周期均包括依次层叠的ingan量子阱层和gan量子垒层，所述ingan量子阱层的厚度为2nm~4nm，其in组分占比为0.1~0.5，所述gan量子垒层的厚度为8nm~20nm；

12、所述电子阻挡层为algan层，其厚度为20nm~100nm，al组分占比为0.1~0.5；

13、所述p型接触层为第三p型gan层，其厚度为10nm~50nm，掺杂浓度为5×1019cm-3~1×1020cm-3。

14、相应的，本发明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：

15、提供衬底，在所述衬底上依次生长n型半导体层、多量子阱层和p型半导体层；

16、所述p型半导体层为周期性结构，周期数为3~25，每个周期均包括依次层叠的第一p型gan层、第二p型gan层和二维inse层；其中，所述第一p型gan层中gan为立方闪锌矿结构，所述第二p型gan层中gan为六方纤锌矿结构。

17、作为上述技术方案的改进，所述第一p型gan层的生长温度为800℃~1000℃，生长压力为3000torr~4000torr；

18、所述第二p型gan层的生长温度为800℃~1000℃，生长压力为100torr~600torr；

19、所述二维inse层的生长温度为400℃~650℃，生长压力为0.1torr~5torr。

20、作为上述技术方案的改进，所述发光二极管外延片包括衬底和依次层叠于衬底上的缓冲层、非掺杂半导体层、n型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、p型半导体层和p型接触层；所述多量子阱层包括ingan量子阱层和gan量子垒层；

21、所述缓冲层的生长温度为400℃~650℃，生长压力为1torr~10torr；

22、所述非掺杂半导体层的生长温度为1050℃~1200℃，生长压力为100torr~300torr；

23、所述n型半导体层的生长温度为1100℃~1200℃，生长压力为100torr~300torr；

24、所述ingan量子阱层的生长温度为700℃~900℃，生长压力为100torr~300torr；

25、所述gan量子垒层的生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~300torr；

26、所述电子阻挡层的生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为50torr~100torr；

27、所述p型接触层的生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~300torr。

28、相应的，本发明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。

29、实施本发明，具有如下有益效果：

30、本发明的发光二极管外延片中，p型半导体层为周期性结构，周期数为3~25，每个周期均包括依次层叠的第一p型gan层、第二p型gan层和二维inse层；所述第一p型gan层中gan为立方闪锌矿结构，所述第二p型gan层中gan为六方纤锌矿结构。基于该结构的p型半导体层中，第一p型gan层为立方闪锌矿结构，其具有反向对称性，体内不存在自发极化效应，材料内部声子散射小，mg掺杂效率高，具有更高的空穴迁移率，但其化学稳定性和表面平整度相对较差。第二p型gan层为六方纤锌矿结构，其具有非中心对称性，体内存在自发极化效应，导致mg掺杂效率并不高，且空穴迁移率偏低，但是六方纤锌矿结构的gan化学性质稳定，且表面平整度好。二维inse层具有低的电阻率和高的电子空穴迁移率，可以提高p型掺杂层的空穴迁移率和降低led的工作电压。通过第一p型gan层、第二p型gan层、二维inse层的周期性循环，可结合几者的优势，不仅确保了第一p型gan层的性质稳定，确保了整体p型半导体层的平整度，也提升了掺杂效率，提升了空穴迁移率，进而提升了发光二极管的发光效率，也降低了其工作电压。