CN116581219B - 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管，涉及半导体光电器件领域。发光二极管外延片包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征半导体层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；P型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的第一子层、第二子层和第三子层；第一子层为P‑BInGaN层，所述第二子层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的InN层和P‑GaN层，所述第三子层为P‑InGaN层。实施本发明，可提升发光二极管的发光效率、抗静电能力、表面平整度，降低其工作电压。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管。
背景技术
常见的GaN基发光二极管外延片包括：衬底、以及在所述衬底上依次生长的形核层、本征半导体层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层。其中，P型掺杂多采用Mg作为掺杂元素。但由于Mg的活化率很低，所以导致空穴浓度不够。为了实现高空穴浓度，需要高浓度的Mg掺杂。然而Mg在GaN中的溶解度却存在着限制，高浓度的Mg掺杂会导致p型GaN晶体质量下降，使Mg的活化率降低，表面平整度也会下降，工作电压升高。并且空穴的迁移率较电子的迁移率低很多，使得多量子阱中电子空穴不平衡，影响发光效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管外延片及其制备方法，其可提升发光二极管的发光效率、表面平整度，降低其工作电压。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管。
为了解决上述问题，本发明公开了一种发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征半导体层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；所述P型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的第一子层、第二子层和第三子层；
所述第一子层为P-BInGaN层，所述第二子层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的InN层和P-GaN层，所述第三子层为P-InGaN层。
作为上述技术方案的改进，所述第一子层中B组分占比为0.01~0.3，In组分占比为0.01~0.1，P型掺杂浓度为1×1016cm-3~3×1017cm-3，厚度为5nm~20nm。
作为上述技术方案的改进，所述第二子层的周期数为2~20；
单个所述InN层的厚度为0.5nm~3nm，单个所述P-GaN层的厚度为5nm~10nm，其P型掺杂浓度为1×1016cm-3~5×1017cm-3。
作为上述技术方案的改进，所述P-InGaN层中In组分占比为0.2~0.5，P型掺杂浓度为5×1017cm-3~5×1019cm-3，厚度为5nm~30nm。
作为上述技术方案的改进，沿发光二极管外延片生长方向，所述第一子层中B组分由0.01~0.3递减至0，所述第一子层中In组分由0递增至0.01~0.1。
作为上述技术方案的改进，所述P-InGaN层的P型掺杂浓度大于所述P-GaN层的P型掺杂浓度；所述P-GaN层的P型掺杂浓度大于所述第一子层的P型掺杂浓度。
相应的，本发明还公开了一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的发光二极管外延片，其包括：
提供衬底，在所述衬底上依次生长形核层、本征半导体层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；所述P型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的第一子层、第二子层和第三子层；
所述第一子层为P-BInGaN层，所述第二子层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的InN层和P-GaN层，所述第三子层为P-InGaN层。
作为上述技术方案的改进，所述第一子层的生长温度为800℃~1100℃，生长压力为100torr~500torr；
所述第二子层的生长温度为700℃~800℃，生长压力为100torr~500torr；
所述第三子层的生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~500torr。
作为上述技术方案的改进，所述InN层生长时，载气为N2或Ar，V/III比为500~1000。
相应的，本发明还公开了一种发光二极管，其包括上述的发光二极管外延片。
实施本发明，具有如下有益效果：
1. 本发明的发光二极管外延片中，P型半导体层包括依次层叠的P-BInGaN层，InN层、P-GaN层组成的周期性超晶格结构和P-InGaN层。其中，P-BInGaN层一者可产生空穴，提升空穴浓度；二者通过引入B，提升了后续第二子层、第三子层的晶体质量，为提升Mg并入创造了良好的条件；三者可提升空穴的扩展，提升抗静电能力。InN层和P-GaN层组成的周期性超晶格结构中，一者，P-GaN层提供空穴，中间间隔的InN层中In原子会部分扩散至P-GaN层，降低Mg的激活能，增加Mg的激活，从而提升空穴浓度；二者，InN材料的禁带宽度较窄，可以作为空穴储存器，P-GaN层生产的空穴不会产生拥堵，而是会在InN层储存，然后扩散开来，这样P-GaN层避免了载流子拥堵现象，从而容易产生更多的空穴；三者，InN层和P-GaN层异质结构存在较大的极化电场，从而产生二维空穴气，增加空穴的迁移率，使得更多的空穴可以进入多量子阱层。P-InGaN层一者也可提供空穴，提升空穴浓度；二者其可提升后续电极与P型半导体层的欧姆接触；三者，其可防止后续制备发光二极管时，InN层中的In过多地扩散到ITO（IZO）与P型半导体层的界面处，进而丧失空穴储存的功能。小结而言，本发明中的P型半导体层，提升了进入多量子阱层的空穴浓度，增加了空穴扩展能力，提升了发光效率、抗静电能力。同时对比传统的高掺Mg的P型半导体层而言，本发明降低了Mg的掺杂浓度，从而使得发光二极管外延片表面平整度更好，工作电压更低。
2. 本发明的发光二极管外延片中，P-BInGaN层中，采用B递减式渐变掺杂，In递增式渐变掺杂，这使得靠近电子阻挡层时，禁带宽度缓慢变大（禁带宽度BN>BGaN>InGaN），这样避免能带的急速变化产生势垒尖峰，从而影响空穴的注入，提升发光效率和抗静电能力。
3. 本发明的发光二极管外延片中，P-InGaN层的P型掺杂浓度大于P-GaN层的P型掺杂浓度；P-GaN层的P型掺杂浓度大于所述P-BInGaN层的P型掺杂浓度。这种结构有效提升了空穴迁移率，提升了发光二极管外延片的发光效率。
附图说明
图1是本发明一实施例中发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明一实施例中第二子层的结构示意图；
图3是本发明一实施例中发光二极管外延片的制备方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明作进一步地详细描述。
参考图1和图2，本发明公开了一种发光二极管外延片，包括衬底1和依次设于衬底1上的形核层2、本征半导体层3、N型半导体层4、多量子阱层5、电子阻挡层6和P型半导体层7。其中，P型半导体层7包括依次层叠于电子阻挡层6上的第一子层71、第二子层72和第三子层73。其中，第一子层71为P-BInGaN层，第二子层72为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的InN层721和P-GaN层722，第三子层73为P-InGaN层。基于上述P型半导体层7的发光二极管外延片具有更优的发光强度，抗静电能力、表面平整度以及较低的工作电压。
其中，P-BInGaN层中B组分占比为0.01~0.4，当其＜0.01时，难以有效提升后续第二子层72、第三子层73的晶体质量。当其＞0.4时，第一子层71的势垒过高，会影响空穴迁移率，减少进入多量子阱层5的空穴数量，降低发光效率。示例性的，P-BInGaN层中B组分占比为0.04、0.09、0.12、0.15、0.17、0.23、0.28、0.31、0.34或0.38，但不限于此。优选的为0.01~0.3。
P-BInGaN层中In组分占比0.01~0.2，当其＜0.01时，第一子层71势垒过高，降低发光效率；当其＞0.2时，对空穴的扩展作用较差，难以有效提升抗静电性能。示例性的，P-BInGaN层中In组分占比为0.03、0.07、0.11、0.13、0.15或0.17，但不限于此。优选的为0.01~0.1。
优选的，在本发明的一个实施例之中，沿发光二极管外延片生长方向，P-BInGaN层中B组分递减，P-BInGaN层中In组分递增。更优选的，沿发光二极管外延片生长方向，P-BInGaN层中B组分由0.01~0.3递减至0，P-BInGaN层中In组分由0递增至0.01~0.1。
P-BInGaN层中P型掺杂元素为Mg或Zn，但不限于此。优选的为Mg。P型掺杂浓度为1×1016cm-3~5×1017cm-3，示例性的为3×1016cm-3、5×1016cm-3、7×1016cm-3、9×1016cm-3、2×1017cm-3或4×1017cm-3，但不限于此。优选的，P-BInGaN层中P型掺杂浓度为1×1016cm-3~3×1017cm-3。
P-BInGaN层的厚度为3nm~25nm，当其厚度＜3nm时，难以有效提升第二子层72、第三子层73的晶体质量。当其厚度＞25nm时，吸光多，降低发光二极管外延片的发光效率。示例性的，P-BInGaN层的厚度为4nm、8nm、12nm、16nm、20nm或24nm，但不限于此。优选的为5nm~20nm。
其中，第二子层72的周期数为2~20，示例性的为3、5、7、10、13、16或18，但不限于此。
其中，单个InN层721的厚度为0.2nm~5nm，当其厚度＜0.2nm时，难以有效提升P-GaN层722生长过程中Mg的并入效率；当其厚度＞5nm时，第二子层72整体晶体质量差。示例性的，单个InN层721的厚度为0.5nm、0.8nm、1.2nm、1.6nm、2nm、2.4nm、2.9nm，但不限于此。优选的，单个InN层721的厚度为0.5nm~3nm。
单个P-GaN层722的厚度为3nm~12nm，示例性的为4nm、6nm、8nm、10nm或11nm，但不限于此。优选的，单个P-GaN层722的厚度为5nm~10nm。
P-GaN层722的P型掺杂元素为Mg或Zn，但不限于此。优选的为Mg。P型掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1018cm-3，示例性的为3×1016cm-3、5×1016cm-3、7×1016cm-3、9×1016cm-3、2×1017cm-3、4×1017cm-3、6×1017cm-3或8×1017cm-3，但不限于此。优选的，P-GaN层722中P型掺杂浓度为1×1016cm-3~5×1017cm-3。
其中，P-InGaN层中In组分的占比0.15~0.55，示例性的为0.18、0.2、0.24、0.28、0.33、0.45、0.5或0.53，但不限于此。优选的，P-InGaN层中In组分占比为0.2~0.5。
P-InGaN层的P型掺杂元素为Mg或Zn，但不限于此。优选的为Mg。P型掺杂浓度为1×1017cm-3~1×1020cm-3，示例性的为3×1017cm-3、7×1017cm-3、1×1018cm-3、5×1018cm-3、9×1018cm-3、3×1019cm-3、7×1019cm-3或9×1019cm-3，但不限于此。优选的，P-InGaN层中P型掺杂浓度为5×1017cm-3~5×1019cm-3。
P-InGaN层的厚度为5nm~50nm，示例性的为8nm、12nm、18nm、20nm、30nm、40nm或45nm，但不限于此。优选的为5nm~30nm。
优选的，在本发明的一个实施例之中，P-InGaN层的P型掺杂浓度＞P-GaN层722的P型掺杂浓度＞P-BInGaN层的P型掺杂浓度。
其中，衬底1可为蓝宝石衬底、硅衬底、SiC衬底、ZnO衬底或GaN衬底，但不限于此。
其中，形核层2可为AlN层和/或AlGaN层，但不限于此。优选的为AlN层，其厚度为20nm~100nm，示例性的为25nm、30nm、35nm、40nm、50nm、70nm或85nm，但不限于此。
其中，本征半导体层3为本征GaN层，其厚度0.8μm~2.5μm，示例性的为0.9μm、1.3μm、1.7μm、2.1μm或2.4μm，但不限于此。
其中，N型半导体层4为N型GaN层，但不限于此。N型半导体层4的掺杂元素为Si，但不限于此。N型半导体层4的掺杂浓度为3×1018cm-3~5×1019cm-3，示例性的为4×1018cm-3、6×1018cm-3、9×1018cm-3、3×1019cm-3或4×1019cm-3，但不限于此。N型半导体层4的厚度为1μm~3μm，示例性的为1.2μm、1.6μm、2μm、2.4μm、2.8μm或2.9μm，但不限于此。
其中，多量子阱层5为交替堆叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，堆叠周期数3~15。单个InGaN量子阱层的厚度为3nm~10nm，示例性的为4nm、5nm、6nm、7nm或8nm，但不限于此。单个GaN量子垒层的厚度为5nm~15nm，示例性的为6nm、8nm、10nm、12nm或14nm，但不限于此。
其中，电子阻挡层6为AlxGa1-xN层和InyGa1-yN层交替生长的周期性结构，周期数为3~15；其中，x为0.05~0.2，y为0.1~0.5。单个AlxGa1-xN层的厚度为1nm~5nm，单个InyGa1-yN层的厚度为1nm~5nm。
相应的，参考图3，本发明还公开了一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的发光二极管外延片，其包括以下步骤：
S1：提供衬底；
优选的，在本发明的一个实施例之中，将衬底加载至MOCVD反应室中，在H2气氛中预处理5min~8min，处理温度为1000℃~1200℃，处理压力为200torr~600torr。
S2：在衬底上依次生长形核层、本征半导体层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；
具体的，步骤S2包括：
S21：在衬底上生长形核层；
其中，可采用MOCVD生长AlGaN层作为形核层，或采用PVD生长AlN层作为形核层，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，MOCVD生长AlGaN层作为形核层，其生长温度为500℃~700℃，生长压力为200torr~400torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2和H2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
S22：在形核层上生长本征半导体层；
其中，在本发明的一个实施例之中，在MOCVD中生长本征半导体层，生长温度为1100℃~1150℃，生长压力为100torr~500torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2和H2作为载气，通入TMGa作为Ga源。
S23：在本征半导体层上生长N型半导体层；
其中，在本发明的一个实施例之中，在MOCVD中生长N型半导体层，生长温度为1100℃~1150℃，生长压力为100torr~500torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2和H2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入SiH4作为N型掺杂源。
S24：在N型半导体层上生长多量子阱层；
其中，在本发明的一个实施例之中，在MOCVD中周期性生长InGaN量子阱层和GaN量子垒层，以形成多量子阱层。其中，InGaN量子阱层的生长温度为700℃~800℃，生长压力为100torr~300torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源。GaN量子垒层的生长温度为800℃~900℃，生长压力为100torr~300torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2作为载气，通入TMGa作为Ga源。
S25：在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，在MOCVD中周期性生长AlxGa1-xN层和InyGa1-yN层，作为电子阻挡层。其中，AlxGa1-xN层的生长温度900℃~1000℃，生长压力为100torr~500torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源。InyGa1-yN层的生长温度900℃~1000℃，生长压力为100torr~500torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入TMIn作为In源，通入TMGa作为Ga源。
S26：在电子阻挡层上生长P型半导体层；
具体的，步骤S26包括：
S261：在电子阻挡层上生长第一子层；
其中，在本发明的一个实施例之中，在MOCVD中生长P-BInGaN层，作为第一子层。第一子层的生长温度为800℃~1100℃，生长压力为100torr~500torr；生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入三乙基硼作为B源，通入TMIn作为In源，通入TEGa作为Ga源，通入CP2Mg作为P型掺杂源。
优选的，在本发明的一个实施例之中，B源和In源渐变通入，以使得P-BInGaN层中B组分、In组分渐变。
S262：在第一子层上生长第二子层；
其中，在本发明的一个实施例之中，在MOCVD中周期性生长InN层和P-GaN层，以形成第二子层。其中，InN层的生长温度为700℃~800℃，生长压力为100torr~500torr，V/III比为500~1000。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2或Ar作为载气，通入TMIn作为In源。P-GaN层的生长温度为700℃~800℃，生长压力为100torr~500torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2作为载气，通入TMGa作为Ga源。
S263：在第二子层上生长第三子层；
其中，在本发明的一个实施例之中，在MOCVD中生长P-InGaN层，作为第三子层。第三子层的生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~500torr；生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入TMIn作为In源，通入TEGa作为Ga源，通入CP2Mg作为P型掺杂源。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
参考图1、图2，本实施例提供一种发光二极管外延片，包括衬底1和依次设于衬底1上的形核层2、本征半导体层3、N型半导体层4、多量子阱层5、电子阻挡层6和P型半导体层7。
其中，衬底1为蓝宝石衬底，形核层2为AlGaN层，其厚度为30nm。本征半导体层3为本征GaN层，其厚度为1.4μm。N型半导体层4为N型GaN层，其厚度为2μm，掺杂元素为Si，Si的掺杂浓度为2×1019cm-3。
其中，多量子阱层5为周期性结构，周期数为10，每个周期均包括依次层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。其中，单个InGaN量子阱层的厚度为3nm，单个GaN量子垒层的厚度为10nm。
其中，电子阻挡层6为AlxGa1-xN层（x=0.15）和InyGa1-yN层（y=0.38）交替生长的周期性结构，周期数为10；单个AlxGa1-xN层的厚度为3nm，单个InyGa1-yN层的厚度为3nm。
其中，P型半导体层7包括依次层叠于电子阻挡层6上的第一子层71、第二子层72和第三子层73。其中，第一子层71为P-BInGaN层，其B组分占比为0.32，In组分占比为0.15，其掺杂元素为Mg，掺杂浓度为4×1017cm-3，厚度为4nm。第二子层72为周期性结构，周期数为12。每个周期的第二子层72均包括依次层叠的InN层721和P-GaN层722，InN层721的厚度为0.4nm，P-GaN层的厚度为11nm，其掺杂元素为Mg，掺杂浓度为4×1017cm-3。第三子层73为P-InGaN层，其In组分占比为0.52，其掺杂元素为Mg，掺杂浓度为4×1017cm-3，厚度为40nm。
本实施例中用于发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供衬底；
优选的，在本发明的一个实施例之中，将衬底加载至MOCVD反应室中，在H2气氛中预处理8min，处理温度为1100℃，处理压力为400torr。
（2）在衬底上生长形核层；
其中，在MOCVD中生长AlGaN层，作为形核层，其生长温度为600℃，生长压力为300torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2和H2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（3）在形核层上生长本征半导体层；
其中，在MOCVD中生长本征半导体层，生长温度为1120℃，生长压力为300torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2和H2作为载气，通入TMGa作为Ga源。
（4）在本征半导体层上生长N型半导体层；
其中，在MOCVD中生长N型半导体层，生长温度为1130℃，生长压力为300torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2和H2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入SiH4作为N型掺杂源。
（5）在N型半导体层上生长多量子阱层；
其中，在MOCVD中周期性生长InGaN量子阱层和GaN量子垒层，以形成多量子阱层。其中，InGaN量子阱层的生长温度为750℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源。GaN量子垒层的生长温度为860℃，生长压力为200torr，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2作为载气，通入TMGa作为Ga源。
（6）在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，在MOCVD中周期性生长AlxGa1-xN层和InyGa1-yN层，作为电子阻挡层。其中，AlxGa1-xN层的生长温度920℃，生长压力为300torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源。InyGa1-yN层的生长温度950℃，生长压力为300torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入TMIn作为In源，通入TMGa作为Ga源。
（7）在电子阻挡层上生长第一子层；
具体的，在MOCVD中生长P-BInGaN层，作为第一子层。第一子层的生长温度为1000℃，生长压力为200torr；生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入三乙基硼作为B源，通入TMIn作为In源，通入TEGa作为Ga源，通入CP2Mg作为P型掺杂源。
（8）在第一子层上生长第二子层；
具体的，在MOCVD中周期性生长InN层和P-GaN层，以形成第二子层。其中，InN层的生长温度为710℃，生长压力为200torr，V/III比为600。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2作为载气，通入TMIn作为In源。P-GaN层的生长温度为780℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，N2作为载气，通入TMGa作为Ga源。
（9）在第二子层上生长第三子层；
具体的，在MOCVD中生长P-InGaN层，作为第三子层。第三子层的生长温度为940℃，生长压力为200torr；生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入TMIn作为In源，通入TEGa作为Ga源，通入CP2Mg作为P型掺杂源。
实施例2
本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于：
P-BInGaN层的B组分占比为0.2，In组分占比为0.08，Mg掺杂浓度为3×1017cm-3，厚度为10nm。InN层721的厚度为2nm，P-GaN层的厚度为8nm，其Mg掺杂浓度为3×1017cm-3。P-InGaN层中In组分占比为0.3，Mg掺杂浓度为3×1017cm-3，厚度为20nm。
其余均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例2的区别在于：
P-BInGaN层的B组分占比由0.2递减至0，In组分由0递增至0.1。相应的，在制备该层过程中，B源呈递减，In源呈递增。
其余均与实施例2相同。
实施例4
本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例3的区别在于：
P-BInGaN层中Mg掺杂浓度为2×1017cm-3。P-GaN层中Mg掺杂浓度为3×1017cm-3。P-InGaN层中Mg掺杂浓度为5×1018cm-3。
其余均与实施例3相同。
对比例1
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，P型半导体层为P型GaN层，其Mg掺杂浓度为5×1019cm-3，厚度为100nm。其通过MOCVD生长，生长温度为1100℃，生长压力为300torr。
其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，P型半导体层不包括第一子层，相应的制备方法中也不包括该层的步骤。
其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，P型半导体层不包括第二子层，相应的制备方法中也不包括该层的步骤。
其余均与实施例1相同。
对比例4
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，P型半导体层不包括第三子层，相应的制备方法中也不包括该层的步骤。
其余均与实施例1相同。
对比例5
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，采用未掺杂GaN层替代InN层。其中，未掺杂GaN层在MOCVD中生长，生长温度为1120℃，生长压力为300torr。
其余均与实施例1相同。
将实施例1~实施例4，对比例1~对比例5所得的发光二极管外延片进行表面粗糙度测试，然后将生长好的外延片加工制作成10×24mil具有垂直结构的LED芯片，测试其抗静电能力、工作电压和发光亮度，具体的测试方法为：
（1）亮度和工作电压：在通入电流120mA时，测试所得芯片的亮度和工作电压；
（2）抗静电性能测试：在HBM（人体放电模型）模型下运用静电仪对基芯片的抗静电性能进行测试，测试芯片能承受反向8000V静电的通过比例。
（3）采用AFM设备测试发光二极管外延片表面粗糙度（RMS）。
具体结果如下：
由表中可以看出，当在传统的发光二极管结构（对比例1）中的P型半导体层替换为本发明的P型半导体层时，有效改善了外延片的表面粗糙度、工作电压；提升了发光效率，抗静电能力。
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征半导体层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；其特征在于，所述P型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的第一子层、第二子层和第三子层；
所述第一子层为P-BInGaN层，其B组分占比为0.01~0.4，In组分占比为0.01~0.2，P型掺杂浓度为1×1016cm-3~5×1017cm-3，厚度为3nm~25nm；
所述第二子层为周期性结构，周期数为2~20；每个周期均包括依次层叠的InN层和P-GaN层，单个所述InN层的厚度为0.2nm~5nm，单个所述P-GaN层的厚度为3nm~12nm，其P型掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1018cm-3；
所述第三子层为P-InGaN层，其In组分占比为0.3~0.5，P型掺杂浓度为1×1017cm-3~4×1017cm-3，厚度为20nm~30nm；
所述P-BInGaN层、P-GaN层、P-InGaN层中的P型掺杂元素均为Mg。
2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层中B组分占比为0.01~0.3，In组分占比为0.01~0.1，P型掺杂浓度为1×1016cm-3~3×1017cm-3，厚度为5nm~20nm。
3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子层的周期数为2~20；
单个所述InN层的厚度为0.5nm~3nm，单个所述P-GaN层的厚度为5nm~10nm，其P型掺杂浓度为1×1016cm-3~5×1017cm-3。
4.如权利要求1~3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，沿发光二极管外延片生长方向，所述第一子层中B组分由0.01~0.3递减至0，所述第一子层中In组分由0递增至0.01~0.1。
5.如权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述P-InGaN层的P型掺杂浓度大于所述P-GaN层的P型掺杂浓度；所述P-GaN层的P型掺杂浓度大于所述第一子层的P型掺杂浓度。
6.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1~5任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，包括：
提供衬底，在所述衬底上依次生长形核层、本征半导体层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；所述P型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的第一子层、第二子层和第三子层；
所述第一子层为P-BInGaN层，其B组分占比为0.01~0.4，In组分占比为0.01~0.2，P型掺杂浓度为1×1016cm-3~5×1017cm-3，厚度为3nm~25nm；
所述第二子层为周期性结构，周期数为2~20；每个周期均包括依次层叠的InN层和P-GaN层，单个所述InN层的厚度为0.2nm~5nm，单个所述P-GaN层的厚度为3nm~12nm，其P型掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1018cm-3；
所述第三子层为P-InGaN层，其In组分占比为0.3~0.5，P型掺杂浓度为1×1017cm-3~4×1017cm-3，厚度为20nm~30nm；
所述P-BInGaN层、P-GaN层、P-InGaN层中的P型掺杂元素均为Mg。
7.如权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述第一子层的生长温度为800℃~1100℃，生长压力为100torr~500torr；
所述第二子层的生长温度为700℃~800℃，生长压力为100torr~500torr；
所述第三子层的生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~500torr。
8.如权利要求6或7所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述InN层生长时，载气为N2或Ar，V/III比为500~1000。
9.一种发光二极管，其特征在于，包括如权利要求1~5任一项所述的发光二极管外延片。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10294529A (ja) * | 1996-09-09 | 1998-11-04 | Toshiba Corp | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| CN109802020A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-05-24 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10294529A (ja) * | 1996-09-09 | 1998-11-04 | Toshiba Corp | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| CN109802020A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-05-24 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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