一种GaN基LED外延片及外延生长方法、LED芯片技术

本发明专利技术提供一种GaN基LED外延片及外延生长方法、LED芯片，通过设置沿外延生长方向依次沉积的N型掺杂GaN层、第一未掺杂GaN间隔层、第一N型掺杂BGaN层、第二未掺杂GaN间隔层以及第二N型掺杂BGaN层组成的N型复合层，由于N型掺杂GaN层和第二N型掺杂BGaN层中Si浓度均高于第一N型掺杂BGaN层中Si浓度，高浓度掺杂会向低浓度掺杂本征扩散，进行非故意掺杂，从而有效降低LED被击穿的可能，另外，由于BGaN的禁带宽度大于GaN，可以增加LED的反向击穿电压，GaN/BGaN交替生长可以通过不同的外延界面过滤位错，减小缺陷的延伸，进一步提高LED的反向击穿电压。击穿电压。击穿电压。

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基LED外延片及外延生长方法、LED芯片


[0001]本专利技术涉及LED
，特别涉及一种GaN基LED外延片及外延生长方法、LED芯片。

技术介绍

[0002]近年来，随着GaN基LED的研究不断深入，其在发光强度、白光光效、散热等方面都有了明显的改善，使得GaN基LED的商业化水平不断提高，应用范围也在继续扩大。目前GaN基蓝光LED产品已广泛应用于背光源、指示、显示屏、照明等领域，但寿命和可靠性仍然是限制其发展的瓶颈。LED的理论寿命可长达十万小时以上，但实际LED器件的寿命受芯片本身、封装材料、驱动电源等方面的影响，远小于这一理论值。
[0003]LED的制作要依次经过外延工艺、芯片工艺、封装工艺等主要环节，每一个环节都可能对寿命及可靠性产生影响。影响LED寿命的因素可以分为本质失效和从属失效，相对而言，本质失效是芯片制造厂和封装器件客户关注的重点，本质失效主要由外延缺陷和晶体生长导致，可通过LED芯片的电性参数(反向击穿电压)来检验。
[0004]反向击穿电压是反映PN结特性的重要参数，该参数在一定程度上可反应器件可靠性的优劣，由于二极管具有反向截至的特性，当加较小的反向偏压时，反向电流的值很小，继续加大反向偏压超过某一值时，反向电流剧增，二极管将失去单方向导电特性，甚至被击穿损坏。
[0005]为了提高LED反向击穿电压，通常在其封装工艺中采取正向串联一个高耐压的二极管的做法，这无疑会增加生产成本，而且不能本质提高LED的反向击穿电压。此外，还可通过外延生长过程中降低N型GaN中Si掺杂浓度提高反向击穿电压，但是降低Si掺杂浓度，会使载流子浓度下降，GaN外延层的体电阻增加，导致LED的工作电压上升，从而降低了LED的发光效率。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术的目的是提供一种GaN基LED外延片及外延生长方法、LED芯片，旨在解决现有技术中，提高LED反向击穿电压的同时，导致LED发光效率降低的问题。
[0007]根据本专利技术实施例当中的一种GaN基LED外延片，包括N型复合层，所述N型复合层包括沿外延生长方向依次沉积的N型掺杂GaN层、第一未掺杂GaN间隔层、第一N型掺杂BGaN层、第二未掺杂GaN间隔层以及第二N型掺杂BGaN层，其中，所述N型掺杂GaN层、所述第一N型掺杂BGaN层以及所述第二N型掺杂BGaN层均掺杂Si，且所述N型掺杂GaN层和所述第二N型掺杂BGaN层中Si浓度均高于所述第一N型掺杂BGaN层中Si浓度。
[0008]进一步的，所述N型掺杂GaN层和所述第二N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度大于2
×
10
19
cm
‑3，所述第一N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3～3
×
10
18
cm
‑3。
[0009]进一步的，所述第二N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度大于等于所述N型掺杂GaN层中Si掺杂浓度。
[0010]进一步的，所述第一N型掺杂BGaN层和所述第二N型掺杂BGaN层中B组分均为0.1～0.3。
[0011]进一步的，所述N型掺杂GaN层的厚度为1μm～3μm，所述第一未掺杂GaN间隔层的厚度为100nm～300nm，所述第一N型掺杂BGaN层的厚度为20nm～50nm，所述第二未掺杂GaN间隔层的厚度为100nm～400nm，所述第二N型掺杂BGaN层的厚度为50nm～100nm。
[0012]进一步的，所述GaN基LED外延片还包括衬底、AlN缓冲层、未掺杂的GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型掺杂GaN层以及接触层；
[0013]其中，所述AlN缓冲层、所述未掺杂的GaN层、所述N型复合层、所述多量子阱层、所述电子阻挡层、所述P型掺杂GaN层以及所述接触层依次沿外延生长方向沉积于所述衬底上。
[0014]根据本专利技术实施例当中的一种GaN基LED外延片的外延生长方法，用于制备上述的GaN基LED外延片，所述外延生长方法包括：
[0015]生长N型复合层，所述N型复合层包括沿外延生长方向依次沉积的N型掺杂GaN层、第一未掺杂GaN间隔层、第一N型掺杂BGaN层、第二未掺杂GaN间隔层以及第二N型掺杂BGaN层；
[0016]其中，在生长所述N型掺杂GaN层、所述第一N型掺杂BGaN层以及所述第二N型掺杂BGaN层的过程中，进行Si掺杂，且控制所述N型掺杂GaN层和所述第二N型掺杂BGaN层中Si浓度均高于所述第一N型掺杂BGaN层中Si浓度。
[0017]进一步的，所述N型复合层的生长温度为1000℃～1100℃，生长压力为100Torr～300Torr。
[0018]进一步的，所述外延生长方法还包括：
[0019]提供一衬底；
[0020]在所述衬底上沿外延生长方向依次沉积AlN缓冲层、未掺杂的GaN层、所述N型复合层、多量子阱层、电子阻挡层、P型掺杂GaN层以及接触层。
[0021]根据本专利技术实施例当中的一种LED芯片，包括上述的GaN基LED外延片。
[0022]与现有技术相比：通过设置沿外延生长方向依次沉积的N型掺杂GaN层、第一未掺杂GaN间隔层、第一N型掺杂BGaN层、第二未掺杂GaN间隔层以及第二N型掺杂BGaN层组成的N型复合层，由于N型掺杂GaN层和第二N型掺杂BGaN层中Si浓度均高于第一N型掺杂BGaN层中Si浓度，N型掺杂GaN层和第二N型掺杂BGaN层的高浓度掺杂会向第一N型掺杂BGaN层本征扩散，进行非故意掺杂，从而有效降低LED被击穿的可能，另外，由于BGaN的禁带宽度大于GaN，可以增加LED的反向击穿电压，GaN/BGaN交替生长可以通过不同的外延界面过滤位错，减小缺陷的延伸，进一步提高LED的反向击穿电压。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例提供的一种GaN基LED外延片的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例提供的N型复合层的结构示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例提供的一种GaN基LED外延片的外延生长方法的实现流程图。
～10
20
cm
‑3，P型掺杂GaN层7的厚度为30nm～200nm，示例性的，P型掺杂GaN层7的厚度为40nm、60nm、80nm、100nm或150nm，但不限于此；接触层8为P型GaN接触层8，其中掺杂有Mg，Mg掺杂浓度为10
19
cm
‑3～10
20
cm
‑3，接触层8的厚度为10nm～50nm，示例性的，接触层8的厚度为15nm、20nm、25nm、30nm或40nm，但不限于此。
[0032]需要说明的是，常规LED外延层结构中的N型层大多数为整块高浓度Si掺杂的GaN或高浓度Si掺杂的AlGaN，很难继续提升LED的反向击穿电压特性，而在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN基LED外延片，其特征在于，包括N型复合层，所述N型复合层包括沿外延生长方向依次沉积的N型掺杂GaN层、第一未掺杂GaN间隔层、第一N型掺杂BGaN层、第二未掺杂GaN间隔层以及第二N型掺杂BGaN层，其中，所述N型掺杂GaN层、所述第一N型掺杂BGaN层以及所述第二N型掺杂BGaN层均掺杂Si，且所述N型掺杂GaN层和所述第二N型掺杂BGaN层中Si浓度均高于所述第一N型掺杂BGaN层中Si浓度。2.根据权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述N型掺杂GaN层和所述第二N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度大于2
×
10
19
cm
‑3，所述第一N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3～3
×
10
18
cm
‑3。3.根据权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述第二N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度大于等于所述N型掺杂GaN层中Si掺杂浓度。4.根据权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述第一N型掺杂BGaN层和所述第二N型掺杂BGaN层中B组分均为0.1～0.3。5.根据权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述N型掺杂GaN层的厚度为1μm～3μm，所述第一未掺杂GaN间隔层的厚度为100nm～300nm，所述第一N型掺杂BGaN层的厚度为20nm～50nm，所述第二未掺杂GaN间隔层的厚度为100nm～400nm，所述第二N型掺杂BGaN层的厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春杨，吕蒙普，胡加辉，金从龙，顾伟，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：