CN116435421A - 一种GaN基LED外延片及外延生长方法、LED芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种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。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种GaN基LED外延片及外延生长方法、LED芯片。
背景技术
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。
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。
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。
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。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种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。
根据本发明实施例当中的一种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。
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2×1019cm-3，所述第一N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度为1×1017cm-3～3×1018cm-3。
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。
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。
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。
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；
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。
根据本发明实施例当中的一种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：
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；
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。
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。
进一步的，所述外延生长方法还包括：
提供一衬底；
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。
根据本发明实施例当中的一种LED芯片，包括上述的GaN基LED外延片。
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
图1为本发明实施例提供的一种GaN基LED外延片的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的N型复合层的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种GaN基LED外延片的外延生长方法的实现流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参考图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种GaN基LED外延片的结构示意图，图2为本发明实施例提供的N型复合层的结构示意图，该GaN基LED外延片包括衬底1和依次设于衬底1上的AlN缓冲层2、未掺杂的GaN层3、N型复合层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型掺杂GaN层7以及接触层8。
其中，衬底1可以为蓝宝石衬底、SiC衬底、Si基衬底以及GaN衬底中的任意一种，但不限于此，在本发明实施例当中，衬底1为蓝宝石衬底(Al2O3)，AlN缓冲层2的厚度为15nm～50nm，示例性的，AlN缓冲层2的厚度为15nm、20nm、25nm、30nm或40nm等等，但不限于此；未掺杂的GaN层3的厚度为1μm～3μm，示例性的，未掺杂的GaN层3的厚度为1.1μm、1.2μm、2μm或2.4μm，但不限于此；N型复合层4包括沿外延生长方向依次沉积的N型掺杂GaN层41、第一未掺杂GaN间隔层42、第一N型掺杂BGaN层43、第二未掺杂GaN间隔层44以及第二N型掺杂BGaN层45，其中，N型复合层4的生长温度为1000℃～1100℃，生长压力为100Torr～300Torr，可以理解的，N型复合层4中各层的生长温度均为1000℃～1100℃，生长压力均为100Torr～300Torr，具体的，N型掺杂GaN层41的厚度为1μm～3μm，示例性的，N型掺杂GaN层41的厚度为1.1μm、1.2μm、2μm或2.4μm，但不限于此；第一未掺杂GaN间隔层42的厚度为100nm～300nm，示例性的，第一未掺杂GaN间隔层42的厚度为120nm、160nm、200nm或250nm，但不限于此；第一N型掺杂BGaN层43的厚度为20nm～50nm，示例性的，第一N型掺杂BGaN层43的厚度为25nm、30nm、35nm、40nm或45nm，但不限于此；第二未掺杂GaN间隔层44的厚度为100nm～400nm，示例性的，第二未掺杂GaN间隔层44的厚度为150nm、200nm、250nm、300nm或350nm，但不限于此；第二N型掺杂BGaN层45的厚度为50nm～100nm，示例性的，第二N型掺杂BGaN层45的厚度为60nm、70nm、80nm、90nm或95nm，但不限于此。
进一步的，多量子阱层5由量子阱层和量子垒层周期性交替生长而成，其生长周期数为5～12，具体的，量子阱层为InGaN层，量子垒层为GaN层，其中，单层量子阱层的厚度为1nm～4nm，示例性的，量子阱层的厚度为1.5nm、2nm、2.5nm、3nm或3.5nm，但不限于此；单层量子垒层的厚度为8nm～20nm，示例性的，单层量子垒层的厚度为9nm、10nm、12nm、14nm或16nm，但不限于此；电子阻挡层6为AlGaN层，Al组分为0.1～0.5，主要起到阻挡电子溢流的作用，电子阻挡层6的厚度为20nm～100nm，示例性的，电子阻挡层6的厚度为25nm、30nm、50nm、70nm或90nm，但不限于此；P型掺杂GaN层7的掺杂剂为Mg，其中，掺杂Mg浓度为1019cm-3～1020cm-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1019cm-3～1020cm-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。
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，而在本发明实施例当中，N型复合层4的N型掺杂GaN层41、第一N型掺杂BGaN层43以及第二N型掺杂BGaN层45均掺杂Si，且N型掺杂GaN层41和第二N型掺杂BGaN层45中Si浓度均高于第一N型掺杂BGaN层43中Si浓度，那么，N型掺杂GaN层41和第二N型掺杂BGaN层45的高浓度掺杂会向低浓度掺杂的第一N型掺杂BGaN层43本征扩散，进行非故意掺杂，这种掺杂方式降低了因全部进行故意高浓度掺杂带来的晶体质量损失，而故意高浓度掺杂会导致外延层中形成刃位错缺陷，缺陷捕获载流子从而形成漏电通道，导致LED容易被击穿。
具体的，N型掺杂GaN层41和第二N型掺杂BGaN层45中Si掺杂浓度大于2×1019cm-3，第一N型掺杂BGaN层43中Si掺杂浓度为1×1017cm-3～3×1018cm-3，其中，第二N型掺杂BGaN层45中Si掺杂浓度大于等于N型掺杂GaN层41中Si掺杂浓度，另外，第一N型掺杂BGaN层43和第二N型掺杂BGaN层45中B(硼)组分均为0.1～0.3，需要说明的是，交替设置GaN/BGaN层的目的在于，因为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。
相应的，参考图3，本发明实施例还提供了一种GaN基LED外延片的外延生长方法，其用于制备上述的GaN基LED外延片，具体包括以下步骤：
S100：提供衬底；
优选的，所选衬底可为蓝宝石衬底、SiC衬底、Si基衬底以及GaN衬底中的任意一种，在本发明实施例中，选用以(0001)晶向蓝宝石Al2O3为衬底。
S200：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；
具体的，S200包括：
S210：在衬底上生长AlN缓冲层；
具体的，在蓝宝石衬底上利用PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)设备生长AlN缓冲层，其具体生长工艺为：将PVD设备反应室的温度控制在400℃～650℃，压力控制在1torr～10torr，溅射功率为2000W～4000W，并控制所沉积的AlN缓冲层的厚度为15nm～50nm。
随后将生长好的AlN缓冲层在MOCVD(Metal-Organic Chemical VapourDeposition，金属有机化学气相沉积)设备中的氢气气氛下进行原位退火处理，退火温度为1000℃～1200℃，退火压力为150torr～500torr，退火时间为5min～10min。
S220：在AlN缓冲层上生长未掺杂的GaN层；
具体的，在MOCVD设备中继续生长未掺杂的GaN层，其具体生长工艺为：将MOCVD设备反应室温度调至1000℃～1100℃，压力控制在100torr～500torr，并控制所沉积的未掺杂的GaN层的厚度为1μm～3μm。
S230：在未掺杂的GaN层上生长N型复合层；
具体的，在MOCVD设备中继续生长N型复合层，其具体生长工艺为：在未掺杂的GaN层上依次外延生长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，控制N型复合层的生长温度为1000℃～1100℃，生长压力为100torr～300torr，需要说明的是，在生长N型掺杂GaN层、第一N型掺杂BGaN层以及第二N型掺杂BGaN层的过程中，进行Si掺杂，且控制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，在本实施例当中，控制N型掺杂GaN层和第二N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度大于2×1019cm-3，控制第一N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度为1×1017cm-3～3×1018cm-3，其中，控制第二N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度大于等于N型掺杂GaN层中Si掺杂浓度。
另外，第一N型掺杂BGaN层和第二N型掺杂BGaN层中B组分均为0.1～0.3，最终控制所沉积的N型掺杂GaN层的厚度为1μm～3μm，控制所沉积的第一未掺杂GaN间隔层的厚度为100nm～300nm，控制所沉积的第一N型掺杂BGaN层的厚度为20nm～50nm，控制所沉积的第二未掺杂GaN间隔层的厚度为100nm～400nm，控制所沉积的第二N型掺杂BGaN层的厚度为50nm～100nm。
S240：在N型复合层上生长多量子阱层；
具体的，在MOCVD设备中生长多量子阱层，其中，多量子阱层由量子阱层和量子垒层周期性交替生长而成，其生长周期数为5～12。在本发明的一个实施例之中，周期数可以为5，也即是说，多量子阱层由量子阱层和量子垒层交替生长5次得到；
进一步的，控制生长量子阱层时MOCVD设备反应室的温度为750℃～850℃，压力控制在50torr～200torr，控制沉积的单层InGaN量子阱层厚度为1nm～4nm，In组分为0.1～0.5。
进一步的，控制生长量子垒层时MOCVD设备反应室的温度为850℃～950℃，压力控制在50torr～200torr，控制沉积的单层GaN量子垒层厚度为8nm～20nm。
S240：在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，在MOCVD设备中生长电子阻挡层，其中，电子阻挡层可为AlGaN层，Al组分为0.1～0.5，其具体生长工艺为：将MOCVD设备反应室温度控制为950℃～1050℃，压力控制在50torr～100torr，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源，并控制所沉积的电子阻挡层的厚度为20nm～100nm。
S250：在电子阻挡层上生长P型掺杂GaN层；
具体的，在MOCVD设备中生长P型掺杂GaN层，掺杂剂为Mg，其中，控制掺杂Mg浓度为1019cm-3～1020cm-3，其具体生长工艺为：将MOCVD设备反应室温度控制为900℃～1050℃，压力控制在100torr～600torr，通入TMGa作为Ga源，并控制所沉积的P型掺杂GaN层的厚度为30nm～200nm。
S260：在P型掺杂GaN层上生长接触层；
具体的，在MOCVD设备中生长接触层，其中，接触层为P型GaN接触层，掺杂剂为Mg，其中，控制掺杂Mg浓度为1019cm-3～1020cm-3，其具体生长工艺为：将MOCVD设备反应室温度控制为900℃～1050℃，压力控制在100torr～300torr，通入TMGa作为Ga源，并控制所沉积的接触层的厚度为10nm～50nm。
S260：退火处理；
当接触层生长结束后，将MOCVD设备反应腔温度降低，在氮气气氛中进行退火处理，退火温度为650℃～850℃，退火时间为5min～15min，随后冷却至室温，则GaN基LED外延片生长结束。
上述各步骤中，以三甲基镓作为镓源，高纯氨气作为氮源，高纯H2为载气，N型掺杂剂选用硅烷，P型掺杂剂选用二茂镁。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
本实施例提供一种GaN基LED外延片，包括衬底和依次设于衬底上的AlN缓冲层、未掺杂的GaN层、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。
其中，衬底为蓝宝石衬底，具体的，AlN缓冲层的厚度为20nm；未掺杂的GaN层的厚度为2μm；N型复合层中，N型掺杂GaN层的厚度为2.5μm，第一未掺杂GaN间隔层的厚度为100nm，第一N型掺杂BGaN层的厚度为20nm，第二未掺杂GaN间隔层的厚度为200nm，第二N型掺杂BGaN层的厚度为50nm；多量子阱层由量子阱层和量子垒层周期性交替生长而成，其生长周期数为5，单层InGaN量子阱层的厚度为2nm，In组分为0.2，单层GaN量子垒层的厚度为10nm；AlGaN电子阻挡层的厚度为30nm，Al组分为0.2；P型掺杂GaN层的掺杂剂为Mg，P型掺杂GaN层的厚度为50nm，Mg的掺杂浓度为2×1019cm-3；P型GaN接触层的厚度为20nm，Mg的掺杂浓度为2×1019cm-3。
本实施例中GaN基LED外延片的外延生长方法包括以下步骤：
(1)提供蓝宝石衬底；
(2)在蓝宝石衬底上生长AlN缓冲层；
具体的，在蓝宝石衬底上利用PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)设备生长AlN缓冲层，其具体生长工艺为：将PVD设备反应室的温度控制在500℃，压力控制在3torr，溅射功率为2500W。
随后将生长好的AlN缓冲层在MOCVD(Metal-Organic Chemical VapourDeposition，金属有机化学气相沉积)设备中的氢气气氛下进行原位退火处理，退火温度为1100℃，退火压力为300torr，退火时间为8min。
(3)在AlN缓冲层上生长未掺杂的GaN层；
具体的，在MOCVD设备中继续生长未掺杂的GaN层，其具体生长工艺为：将MOCVD设备反应室温度调至1050℃，压力控制在200torr。
(4)在未掺杂的GaN层上生长N型复合层；
具体的，在MOCVD设备中继续生长N型复合层，其具体生长工艺为：在未掺杂的GaN层上依次外延生长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，控制N型复合层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr，需要说明的是，在生长N型掺杂GaN层、第一N型掺杂BGaN层以及第二N型掺杂BGaN层的过程中，进行Si掺杂，且控制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，在本实施例当中，控制N型掺杂GaN层中Si掺杂浓度为5×1019cm-3，第二N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度为5×1019cm-3，即控制第二N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度等于N型掺杂GaN层中Si掺杂浓度，控制第一N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度为1×1018cm-3。
另外，第一N型掺杂BGaN层和第二N型掺杂BGaN层中B组分均为0.2。
(5)在N型复合层上生长多量子阱层；
具体的，在MOCVD设备中生长多量子阱层，其中，多量子阱层由量子阱层和量子垒层周期性交替生长而成，其中，量子阱层为InGaN层，量子垒层为GaN层，其生长周期数为5。
进一步的，控制生长量子阱层时MOCVD设备反应室的温度为800℃，压力控制在100torr。
进一步的，控制生长量子垒层时MOCVD设备反应室的温度为900℃，压力控制在100torr。
(6)在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，在MOCVD设备中生长电子阻挡层，其中，电子阻挡层为AlGaN层，其具体生长工艺为：将MOCVD设备反应室温度控制为1000℃，压力控制在60torr，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源。
(7)在电子阻挡层上生长P型掺杂GaN层；
具体的，在MOCVD设备中生长P型掺杂GaN层，掺杂剂为Mg，其中，控制掺杂Mg浓度为5×1019cm-3，其具体生长工艺为：将MOCVD设备反应室温度控制为1000℃，压力控制在200torr，通入TMGa作为Ga源。
(8)在P型掺杂GaN层上生长接触层；
具体的，在MOCVD设备中生长接触层，其中，接触层为P型GaN接触层，掺杂剂为Mg，其中，控制掺杂Mg浓度为5×1019cm-3，其具体生长工艺为：将MOCVD设备反应室温度控制为1000℃，压力控制在200torr，通入TMGa作为Ga源。
(9)退火处理；
当接触层生长结束后，将MOCVD设备反应腔温度降低，在氮气气氛中进行退火处理，退火温度为770℃，退火时间为10min，随后冷却至室温，则GaN基LED外延片生长结束。
上述各步骤中，以三甲基镓作为镓源，高纯氨气作为氮源，高纯H2为载气，N型掺杂剂选用硅烷，P型掺杂剂选用二茂镁。
实施例2
本实施例同样提供一种GaN基LED外延片，与实施例1的区别在于，第二N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度为5.5×1019cm-3。
实施例3
本实施例同样提供一种GaN基LED外延片，与实施例1的区别在于，N型复合层中，N型掺杂GaN层的厚度为2.5μm，第一未掺杂GaN间隔层的厚度为150nm，第一N型掺杂BGaN层的厚度为30nm，第二未掺杂GaN间隔层的厚度为300nm，第二N型掺杂BGaN层的厚度为70nm；
在生长N型复合层的过程中，控制N型掺杂GaN层中Si掺杂浓度为5×1019cm-3，第二N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度为6×1019cm-3，控制第一N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度为2×1018cm-3。
实施例4
本实施例同样提供一种GaN基LED外延片，与实施例1的区别在于，N型复合层中，N型掺杂GaN层的厚度为2.5μm，第一未掺杂GaN间隔层的厚度为200nm，第一N型掺杂BGaN层的厚度为40nm，第二未掺杂GaN间隔层的厚度为400nm，第二N型掺杂BGaN层的厚度为90nm；
在生长N型复合层的过程中，控制N型掺杂GaN层中Si掺杂浓度为5×1019cm-3，第二N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度为7×1019cm-3，控制第一N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度为3×1018cm-3。
对比例1
本对比例提供一种GaN基LED外延片，与实施例1的区别在于，在AlN缓冲层上沉积是单层的N型掺杂GaN层，其厚度为3μm，Si掺杂浓度为5×1019cm-3。
将实施例1-4以及对比例1所得的GaN基LED外延片制备得到的LED芯片进行测试，具体结果如下：
表1
表2
由表1和表2中可以看出，采用本发明实施例中的方法制备得到的LED芯片中的反向击穿电压得到提升，在相同的测试条件下，本发明实施例中的方法制备得到的LED芯片中的反向击穿电压相比于传统方法制备得到LED芯片中的反向击穿电压而言，在保证LED发光效率，甚至可以提升LED发光效率的同时，本发明实施例中的方法制备得到的LED芯片中的反向击穿电压更高，其中，本发明实施例3制备得到的LED芯片更佳。
综上，本发明实施例当中的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，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。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
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2×1019cm-3，所述第一N型掺杂BGaN层中Si掺杂浓度为1×1017cm-3～3×1018cm-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层的厚度为50nm～100nm。
6.根据权利要求1～5任一项所述的GaN基LED外延片，其特征在于，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；
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。
7.一种GaN基LED外延片的外延生长方法，其特征在于，用于制备权利要求1-6任一项所述的GaN基LED外延片，所述外延生长方法包括：
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；
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。
8.根据权利要求7所述的GaN基LED外延片的外延生长方法，其特征在于，所述N型复合层的生长温度为1000℃～1100℃，生长压力为100Torr～300Torr。
9.根据权利要求7或8所述的GaN基LED外延片的外延生长方法，其特征在于，所述外延生长方法还包括：
提供一衬底；
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。
10.一种LED芯片，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的GaN基LED外延片。
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|---|---|---|---|---|
| CN116779738A (zh) * | 2023-08-11 | 2023-09-19 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及制备方法 |
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