一种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，特别涉及一种led外延片及其制备、led芯片。

背景技术：

1、黄绿光570nm波段一般由四元系algainp材料作为量子阱，algainp材料覆盖了红、黄、黄绿光，对于黄绿光，algainp材料中al组分达到30％左右，与间接带隙的组分十分接近，因此电子空穴复合发光效率低。

2、现有技术的黄绿光外延层一般由以下几层：gaas衬底、gaas缓冲层、dbr、alinp限制层、algainp n型半导体层、mqw、algainp p型半导体层、电子阻挡层、alinp限制层、过渡层和gap窗口层等。然而，黄绿光led外延使用匹配的alinp材料作为限制层，algainp材料作为量子阱的势垒层，对于黄绿光algainp高al组分量子阱而言，对电子的限制与阻挡效果偏差，导致载流子溢流严重，发光效率低、结温偏高，老化亮度易衰减。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种led外延片及其制备方法、led芯片，解决现有技术中的黄绿光外延片发光效率低，老化亮度易衰减问题。

2、本发明提供一种led外延片，包括n型半导体层、发光层、p型半导体层和电子阻挡层，所述外延片还包括设置在所述n型半导体层之前的n侧电子限制层和设置在所述电子阻挡层之后的p侧电子限制层，其中，所述n侧电子限制层和所述p侧电子限制层均为周期性交叠结构层，且均包括第一电子限制子层和第二电子限制子层，其中，所述第一电子限制子层和所述第二电子限制子层均为alxin1-xp层，所述n侧电子限制层的所述第二电子限制子层中al组份随周期数递增，所述p侧电子限制层的所述第二电子限制子层中al组份随周期数递减，x为0.4-0.7。

3、本发明中的led外延片，通过在n型半导体层之前设置n侧电子限制层，以及在电子阻挡层之后设置p侧电子限制层，其中n侧电子限制层和p侧电子限制层均由周期性生长的第一电子限制子层和第二电子限制子层构成，由于n侧电子限制层和p侧电子限制层的第二电子限制子层的al组份分别随周期数递增和递减，使得靠近发光层处的al的含量更高，进而具备更高的势垒，对电子的限制能力更强，大大提升了电子空穴复合效率，此外p侧电子限制层，可以有效阻挡电子向p型半导体面溢流，减少非辐射复合，改善了老化光衰，其次，通过多层不同组份和晶格的第一电子限制子层和第二电子限制子层的交替生长可以释放底层的缓冲层和反射层等层之间所带来的应力，避免发光层生长出现翘曲的情况，进而使得发光层生长质量更好，保证了发光效率。因此，本发明解决了现有技术中的黄绿光外延片发光效率低，老化亮度易衰减问题。

4、优选地，单个周期内，所述第一电子限制子层的厚度为20nm-30nm。

5、优选地，所述第二电子限制子层的厚度为5nm-45nm，所述第二电子限制子层的厚度随自身al组份的递增而递减。

6、优选地，所述n侧电子限制层和所述p侧电子限制层的周期数均为3-8，所述n侧电子限制层的掺杂物为si，si的掺杂浓度为1×1018atoms/cm3-2×1018atoms/cm3，所述p侧电子限制层的掺杂物为mg，mg的掺杂浓度为5×1017atoms/cm3-1.5×1018atoms/cm3。

7、优选地，所述led外延片还包括衬底，以及依次层叠于所述衬底上缓冲层、反射层、所述n侧电子限制层、所述n型半导体层、所述发光层、所述p型半导体层、所述电子阻挡层、所述p侧电子限制层、过渡层、电流扩展层和欧姆接触层。

8、本发明还提供一种led外延片的制备方法，方法包括：

9、提供一半成品外延片；

10、在所述半成品外延片上依次生长n侧电子限制层、n型半导体层、发光层、p型半导体层、电子阻挡层、p侧电子限制层；

11、其中，所述n侧电子限制层和所述p侧电子限制层均为周期性交叠结构层，且均包括第一电子限制子层和第二电子限制子层，其中，所述第一电子限制子层和所述第二电子限制子层均为alxin1-xp层，所述n侧电子限制层的所述第二电子限制子层中al组份随周期数递增，所述p侧电子限制层的所述第二电子限制子层中al组份随周期数递减。

12、优选地，所述在所述半成品外延片上依次生长n侧电子限制层、n型半导体层、发光层、p型半导体层、电子阻挡层、p侧电子限制层的步骤包括：

13、将所述半成品外延片置于mocvd设备中，在温度为720℃-760℃，掺杂物为si，且si的掺杂浓度为1×1018atoms/cm3-2×1018atoms/cm3的环境下在所述半成品外延片上周期性交替生长第一电子限制层和第二电子限制层，生长周期为3-8，所述第一电子限制层为al0.48in0.52p层，第一周期内的所述第二电子限制层为al0.52in0.48p。

14、优选地，所述在所述半成品外延片上依次生长n侧电子限制层、n型半导体层、发光层、p型半导体层、电子阻挡层、p侧电子限制层的步骤包括：

15、在温度为730℃-760℃，掺杂物为mg，且mg的掺杂浓度为5×1017atoms/cm3-1.5×1018atoms/cm3的环境下，在所述电子阻挡层上周期性交替生长第一电子限制子层和第二电子限制子层，生长周期为3-8，所述第一电子限制层子为al0.48in0.52p，第一周期内的所述第二电子限制子层为al0.6in0.4p。

16、优选地，所述p侧电子限制层中的第二电子限制子层中al的组份随周期数等比递增，所述n侧电子限制层中的第二电子限制子层中al的组份随周期数等比递减。

17、本发明还提供一种包括上述led外延片的led芯片。

技术特征：

1.一种led外延片，其特征在于，包括n型半导体层、发光层、p型半导体层和电子阻挡层，所述外延片还包括设置在所述n型半导体层之前的n侧电子限制层和设置在所述电子阻挡层之后的p侧电子限制层，其中，所述n侧电子限制层和所述p侧电子限制层均为周期性交叠结构层，且均包括第一电子限制子层和第二电子限制子层，其中，所述第一电子限制子层和所述第二电子限制子层均为alxin1-xp层，所述n侧电子限制层的所述第二电子限制子层中al组份随周期数递增，所述p侧电子限制层的所述第二电子限制子层中al组份随周期数递减，x为0.4-0.7。

2.根据权利要求1所述的led外延片，其特征在于，单个周期内，所述第一电子限制子层的厚度为20nm-30nm。

3.根据权利要求1所述的led外延片，其特征在于，所述第二电子限制子层的厚度为5nm-45nm，所述第二电子限制子层的厚度随自身al组份的递增而递减。

4.根据权利要求2或3所述的led外延片，其特征在于，所述n侧电子限制层和所述p侧电子限制层的周期数均为3-8，所述n侧电子限制层的掺杂物为si，si的掺杂浓度为1×1018atoms/cm3-2×1018atoms/cm3，所述p侧电子限制层的掺杂物为mg，mg的掺杂浓度为5×1017atoms/cm3-1.5×1018atoms/cm3。

5.根据权利要求1所述的led外延片，其特征在于，所述led外延片还包括衬底，以及依次层叠于所述衬底上缓冲层、反射层、所述n侧电子限制层、所述n型半导体层、所述发光层、所述p型半导体层、所述电子阻挡层、所述p侧电子限制层、过渡层、电流扩展层和欧姆接触层。

6.一种led外延片的制备方法，其特征在于，用于制备1至5任一项权利要求所述的led外延片，所述制备方法包括：

7.根据权利要求6所述的led外延片的制备方法，其特征在于，所述在所述半成品外延片上依次生长n侧电子限制层、n型半导体层、发光层、p型半导体层、电子阻挡层、p侧电子限制层的步骤包括：

8.根据权利要求7所述的led外延片的制备方法，其特征在于，所述在所述半成品外延片上依次生长n侧电子限制层、n型半导体层、发光层、p型半导体层、电子阻挡层、p侧电子限制层的步骤包括：

9.根据权利要求8所述的led外延片的制备方法，其特征在于：所述p侧电子限制层中的第二电子限制子层中al的组份随周期数等比递增，所述n侧电子限制层中的第二电子限制子层中al的组份随周期数等比递减。

10.一种led芯片，其特征在于，所述led芯片包括：权利要求1至5任一项中所述的led外延片。

技术总结本发明提供一种LED外延片及其制备方法、LED芯片，其中LED外延片包括N型半导体层、发光层、P型半导体层和电子阻挡层，所述外延片还包括设置在所述N型半导体层之前的N侧电子限制层和设置在所述电子阻挡层之后的P侧电子限制层，其中，所述N侧电子限制层和所述P侧电子限制层均为周期性交叠结构层，且均包括第一电子限制子层和第二电子限制子层，其中，所述第一电子限制子层和所述第二电子限制子层均为Al<subgt;x</subgt;In<subgt;1‑x</subgt;P层，所述N侧电子限制层的所述第二电子限制子层中Al组份随周期数递增，所述P侧电子限制层的所述第二电子限制子层中Al组份随周期数递减。本发明中的LED外延片解决了现有技术中的黄绿光外延片发光效率低，老化亮度易衰减问题。技术研发人员：金钊,曹广亮,徐洲,胡加辉,金从龙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：2024/7/29