一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法，属于半导体技术领域。所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述N型半导体层为掺杂Si的GaN层；所述N型半导体层中插入有至少一个复合层，所述复合层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层为掺杂Mg的GaN层，所述第二子层为未掺杂的AlGaN层，所述第三子层为掺杂Ge的GaN层。本发明专利技术可以有效促进电子的横向扩展，使得电子在N型半导体层中均匀分布，提高LED的抗静电能力。

A GaN-based Light Emitting Diode Epitaxy Sheet and Its Fabrication Method

The invention discloses a GaN-based light emitting diode epitaxy sheet and a manufacturing method thereof, which belongs to the field of semiconductor technology. The GaN-based light emitting diode epitaxy sheet comprises a substrate, a N-type semiconductor layer, an active layer and a P-type semiconductor layer, the N-type semiconductor layer, the active layer and the P-type semiconductor layer are successively stacked on the substrate, the N-type semiconductor layer is a GaN layer doped with Si, and at least one composite layer is inserted in the N-type semiconductor layer, the composite layer includes the first layer stacked successively. The first sublayer is Mg-doped GaN layer, the second sublayer is undoped AlGaN layer, and the third sublayer is Ge-doped GaN layer. The invention can effectively promote the lateral expansion of electrons, make electrons evenly distributed in the N-type semiconductor layer, and improve the antistatic ability of the LED.

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件。LED因具有节能环保、可靠性高、使用寿命长等优点而受到广泛的关注，近年来在背景光源和显示屏领域大放异彩，并且开始向民用照明市场进军。由于民用照明侧重于产品的省电节能和使用寿命，因此降低LED的串联电阻和提高LED的抗静电能力显得尤为关键。外延片是LED制备过程中的初级成品。现有的LED外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，有源层用于进行电子和空穴的辐射复合发光，衬底用于为外延材料提供生长表面。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：衬底的材料通常选择蓝宝石，N型半导体层、有源层和P型半导体层的材料通常选择氮化镓基材料。由于衬底材料和氮化镓基材料为异质材料，晶格常数差异较大，因此衬底和N型半导体层之间存在较大的晶格失配。晶格失配产生的应力和缺陷会较多引入氮化镓基材料中，并在外延生长过程中不断积累，导致N型半导体层中累积较多的应力和缺陷。同时外延片进行芯片工艺形成的正装芯片或者倒装芯片中，N型半导体层中的电子是沿与外延片的层叠方向垂直的方向进行迁移。为了避免正装芯片或者倒装芯片的正向电压过高，N型半导体层通常会比较厚，这样在N型半导体层中重掺硅等N型掺杂剂时容易引入较多的缺陷和杂质。N型半导体层中较多的缺陷会影响到电子的扩展，导致电子在N型半导体层中的分布不均匀，影响到LED的抗静电能力。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法，能够解决现有技术N型半导体层中较多的缺陷会影响到电子的扩展的问题。所述技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述N型半导体层为掺杂Si的GaN层；所述N型半导体层中插入有至少一个复合层，所述复合层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层为掺杂Mg的GaN层，所述第二子层为未掺杂的AlGaN层，所述第三子层为掺杂Ge的GaN层。可选地，所述复合层的厚度为35nm～100nm。可选地，所述复合层的数量为2个～10个，多个所述复合层依次层叠。可选地，所述第一子层中Mg的掺杂浓度小于或等于所述第三子层中Ge的掺杂浓度。优选地，所述第三子层中Ge的掺杂浓度小于所述N型半导体层中Si的掺杂浓度。更优选地，所述第三子层中Ge的掺杂浓度与所述N型半导体层中Si的掺杂浓度相差至少一个数量级。可选地，所述第二子层中Al组分的含量小于所述第二子层中Ga组分的含量。可选地，所述第一子层的厚度大于所述第二子层的厚度，所述第二子层的厚度小于所述第三子层的厚度。另一方面，本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的制作方法，所述制作方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层；其中，所述N型半导体层为掺杂Si的GaN层；所述N型半导体层中插入有至少一个复合层，所述复合层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层为掺杂Mg的GaN层，所述第二子层为未掺杂的AlGaN层，所述第三子层为掺杂Ge的GaN层。可选地，所述复合层的生长条件与所述N型半导体层的生长条件相同，所述生长条件包括生长温度和生长压力。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在N型半导体层中插入至少一个复合层，复合层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层，第二子层为未掺杂的AlGaN层，AlGaN层可以阻挡位错和缺陷的延伸，提高N型半导体层的晶体质量，改善由于缺陷积累而造成的翘曲，避免N型半导体层中较多的缺陷会影响到电子的扩展。同时第一子层为掺杂Mg的GaN层，第三子层为掺杂Ge的GaN层，GaN层和AlGaN层的交界面存在二维电子气，可以有效促进电子的横向扩展，使得电子在N型半导体层中均匀分布，提高LED的抗静电能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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是本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的复合层的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的制作方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片。图1为本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图。参见图1，该氮化镓基发光二极管外延片包括衬底10、N型半导体层20、有源层30和P型半导体层40，N型半导体层20、有源层30和P型半导体层40依次层叠在衬底10上。在本实施例中，N型半导体层20为掺杂Si的GaN层。如图1所示，N型半导体层20中插入有至少一个复合层100。图2为本专利技术实施例提供的复合层的结构示意图。参见图2，复合层100包括依次层叠的第一子层101、第二子层102和第三子层103。第一子层101为掺杂Mg的GaN层，第二子层102为未掺杂的AlGaN层，第三子层103为掺杂Ge的GaN层。本专利技术实施例通过在N型半导体层中插入至少一个复合层，复合层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层，第二子层为未掺杂的AlGaN层，AlGaN层可以阻挡位错和缺陷的延伸，提高N型半导体层的晶体质量，改善由于缺陷积累而造成的翘曲，避免N型半导体层中较多的缺陷会影响到电子的扩展。同时第一子层为掺杂Mg的GaN层，第三子层为掺杂Ge的GaN层，GaN层和AlGaN层的交界面存在二维电子气，可以有效促进电子的横向扩展，使得电子在N型半导体层中均匀分布，提高LED的抗静电能力。另外，虽然掺杂Mg的GaN层可以提供空穴，并与提供电子的N型半导体层直接接触，但是掺杂Mg的GaN和AlGaN层交界面存在二维电子气，二维电子气可以避免掺杂Mg的GaN层提供的空穴和N型半导体层提供的电子直接进行非辐射复合。而掺杂Ge的GaN层的晶格匹配度较好，可以改善整体的晶体质量。可选地，复合层100的数量可以为2个～10个，如6个，多个复合层100依次层叠。多个复合层依次层叠，可以利用超晶格结构进一步减小位错和缺陷，避免复合层的插入对N型半导体层的晶体质量的负影响，同时增强电子扩展效果。可选地，复合层100的厚度可以为35nm～100nm，如70nm。在有效提高N型半导体层的晶体质量和促进N型半导体层中电子扩展的情况下，避免破坏N型半导体层的晶体结构，保证为有源层提供足够数量的电子。可选地，第一子层101的厚度可以大于第二子层102的厚度，第二子层1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述N型半导体层为掺杂Si的GaN层；其特征在于，所述N型半导体层中插入有至少一个复合层，所述复合层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层为掺杂Mg的GaN层，所述第二子层为未掺杂的AlGaN层，所述第三子层为掺杂Ge的GaN层。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述N型半导体层为掺杂Si的GaN层；其特征在于，所述N型半导体层中插入有至少一个复合层，所述复合层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层为掺杂Mg的GaN层，所述第二子层为未掺杂的AlGaN层，所述第三子层为掺杂Ge的GaN层。2.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述复合层的厚度为35nm～100nm。3.根据权利要求1或2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述复合层的数量为2个～10个，多个所述复合层依次层叠。4.根据权利要求1或2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层中Mg的掺杂浓度小于或等于所述第三子层中Ge的掺杂浓度。5.根据权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第三子层中Ge的掺杂浓度小于所述N型半导体层中Si的掺杂浓度。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛永晖，郭炳磊，王群，吕蒙普，李鹏，
申请(专利权)人：华灿光电浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33