一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法、LED芯片与流程

    技术2025-06-30  30


    本发明涉及半导体器件,具体涉及一种gan基发光二极管外延片及其制备方法、led芯片。


    背景技术:

    1、gan基ⅲ族氮化物材料,尤其是gan材料,是目前研究最热门,并已经得到广泛应用的宽禁带化合物半导体材料。其优异的物理化学性能使其在,发光二极管(led,lightemitting diode)、激光器、功率器件、紫外光探测器等领域被大量研究。尤其在led领域,ingan超高度蓝光、绿光led技术已经实现商品化,ingan基led产品有加速替代传统照明的趋势。

    2、由于gan基材料中空穴的有效质量较大,迁移率较低,因此很难有效地注入到有源区中和电子复合。故现有技术中还存在电子与空穴在多量子阱层中复合效率低,使得发光强度低的技术问题。


    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gan基发光二极管外延片及其制备方法、led芯片,旨在解决现有技术中还存在电子与空穴在多量子阱层中复合效率低,使得发光强度低的技术问题。

    2、本发明的第一方面在于提供一种gan基发光二极管外延片,所述外延片包括:

    3、衬底,以及依次层叠于所述衬底之上的缓冲层、非掺杂gan层、n型半导体层、应力释放层、多量子阱层与p型半导体层;

    4、其中,所述p型半导体层为周期性交叠结构层,包括交叠设置的电子阻挡子层与空穴注入子层。

    5、根据上述技术方案的一方面,所述电子阻挡子层与所述空穴注入子层交叠的周期数为5—10个。

    6、根据上述技术方案的一方面,所述p型半导体层中,靠近所述多量子阱层一侧的至少一个电子阻挡子层为aln子层,其余所述电子阻挡子层均为algan子层,所述空穴注入子层为gan子层。

    7、根据上述技术方案的一方面,靠近所述多量子阱层一侧的第一个电子阻挡子层为aln子层,其余所述电子阻挡子层均为algan子层。

    8、根据上述技术方案的一方面,每个algan子层的al组分沿外延生长方向逐渐降低。

    9、根据上述技术方案的一方面,每个所述algan子层的al组分沿外延生长方向依次降低5%—10%。

    10、根据上述技术方案的一方面,每个所述电子阻挡子层的厚度≤5nm,每个所述空穴注入子层的厚度为5nm-10nm。

    11、根据上述技术方案的一方面,所述algan子层与所述空穴注入子层中均掺杂有mg元素,且所述algan子层与所述空穴注入子层的mg掺杂浓度相等,mg掺杂浓度均为1×1018atms/cm3-1×1019atms/cm3;

    12、或者,所述algan子层与所述空穴注入子层的mg掺杂浓度不相等,mg掺杂浓度分别为1×1018atms/cm3-1×1019atms/cm3。

    13、本发明的第二方面在于提供一种gan基发光二极管外延片制备方法,用于制备上述技术方案当中所述的外延片,所述制备方法包括:

    14、提供一衬底;

    15、在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂gan层、n型半导体层、应力释放层与多量子阱层;

    16、在所述多量子阱层上交叠生长电子阻挡子层与空穴注入子层,得到位于所述多量子阱层上的p型半导体层。

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

    18、与现有技术相比,采用本发明所示的gan基发光二极管外延片及其制备方法、led芯片,有益效果在于:

    19、通过将电子阻挡子层和空穴注入子层结合生长得到p型半导体层,使空穴注入子层更接近多量子阱层,具有更好的空穴注入效果,同时有更好的电子阻挡效果,则可以有效提高空穴和电子在多量子阱层的复合效率,提高发光强度;且具有更好的电流扩展作用,可以有效地降低工作电压,提高芯片的使用寿命;另外,因为电子阻挡效果与空穴注入效果更好,所以p型半导体层可以进一步减薄,降低对多量子阱层发射光的吸收,有效地提高外量子效率。



    技术特征:

    1.一种gan基发光二极管外延片,其特征在于,所述外延片包括:

    2.根据权利要求1所述的gan基发光二极管外延片,其特征在于,所述电子阻挡子层与所述空穴注入子层交叠的周期数为5—10个。

    3.根据权利要求2所述的gan基发光二极管外延片,其特征在于,所述p型半导体层中,靠近所述多量子阱层一侧的至少一个电子阻挡子层为aln子层,其余所述电子阻挡子层均为algan子层,所述空穴注入子层为gan子层。

    4.根据权利要求3所述的gan基发光二极管外延片,其特征在于,靠近所述多量子阱层一侧的第一个电子阻挡子层为aln子层,其余所述电子阻挡子层均为algan子层。

    5.根据权利要求4所述的gan基发光二极管外延片,其特征在于,每个algan子层的al组分沿外延生长方向逐渐降低。

    6.根据权利要求5所述的gan基发光二极管外延片,其特征在于,每个所述algan子层的al组分沿外延生长方向依次降低5%—10%。

    7.根据权利要求3-6任一项所述的gan基发光二极管外延片,其特征在于,每个所述电子阻挡子层的厚度≤5nm,每个所述空穴注入子层的厚度为5nm-10nm。

    8.根据权利要求7所述的gan基发光二极管外延片,其特征在于,所述algan子层与所述空穴注入子层中均掺杂有mg元素,且所述algan子层与所述空穴注入子层的mg掺杂浓度相等,mg掺杂浓度均为1×1018atms/cm3-1×1019atms/cm3;

    9.一种gan基发光二极管外延片制备方法,其特征在于,用于制备权利要求1-8任一项所述的外延片,所述制备方法包括:

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


    技术总结
    本发明公开了一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法、LED芯片,涉及半导体器件技术领域,所述外延片包括:衬底,以及依次层叠于所述衬底之上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型半导体层、应力释放层、多量子阱层与P型半导体层;其中,所述P型半导体层为周期性交叠结构层,包括交叠设置的电子阻挡子层与空穴注入子层。本发明旨在解决现有技术中电子与空穴在多量子阱层中复合效率低,使得发光强度低的技术问题。

    技术研发人员:胡加辉,刘春杨,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:2024/10/24
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