CN116799118B - 发光二极管外延片及其制备方法、led - 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、LED，所述发光二极管外延片包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、应力释放层、P型半导体层；所述缓冲层包括依次层叠在所述衬底上的Mg掺杂多孔AlN层、AlN/Si掺杂AlN超晶格层和Si掺杂AlGaN层；所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的Si掺杂多孔GaN层、GaN/Si掺杂GaN超晶格层、AlGaN层、GaN层和Si掺杂GaN层。本发明提供的发光二极管外延片能够减少外延材料在生长过程中缺陷的产生，降低材料的位错密度，改善外延片材料的质量，从而提高发光二极管外延片的良率和亮度等性能。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、LED。
背景技术
发光二极管外延片（Light Emitting Diode）简称LED，是一种将电能直接转化为光能的半导体发光器件，具有较高的转换效率。作为一种节能环保的新型光源，LED近年来受到了很大的关注，半导体照明技术取得了突飞猛进的发展并真正地实现了半导体照明的商业化，各种类型的LED被广泛应用于指示、显示、背光、投射等领域。
而现今应用于市场上的发光二极管外延片均是采用异质衬底外延制备，由于异质衬底，包括蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底等，与外延材料之间存在较大的晶格失配和热失配，导致外延材料在生长过程中会受到较大的应力，且容易形成位错产生缺陷，从而降低发光二极管外延片的光效。因此，为了提高发光二极管外延片的发光效率，通过优化发光二极管外延片的外延结构和工艺来提高外延材料的质量是十分必要的。
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，其能够减少外延材料在生长过程中缺陷的产生，降低材料的位错密度，显著改善外延片材料的质量，从而提高发光二极管外延片的良率和亮度等性能。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种发光二极管外延片的制备方法，其工艺简单，能够稳定制得发光效率良好的发光二极管外延片。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发光二极管外延片，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、应力释放层、P型半导体层；
所述缓冲层包括依次层叠在所述衬底上的Mg掺杂多孔AlN层、AlN/Si掺杂AlN超晶格层和Si掺杂AlGaN层；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的Si掺杂多孔GaN层、GaN/Si掺杂GaN超晶格层、AlGaN层、GaN层和Si掺杂GaN层。
在一种实施方式中，所述Mg掺杂多孔AlN层的厚度为1nm~20nm；
所述Mg掺杂多孔AlN层的Mg掺杂浓度为2×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；
所述Mg掺杂多孔AlN层上设有规律分布的V型孔洞，V型孔洞贯穿所述Mg掺杂多孔AlN层，V型孔洞的密度为2×108个/cm2~5×1011个/cm2；
所述Mg掺杂多孔AlN层的生长温度为800℃~1050℃；
所述Mg掺杂多孔AlN层的生长压力为50torr~200torr。
在一种实施方式中，所述AlN/Si掺杂AlN超晶格层包括交替层叠的AlN层和Si掺杂AlN层，交替生长的周期数为5~50；
所述AlN层的厚度为1nm~5nm；
所述Si掺杂AlN层的厚度为1nm~5nm；
所述Si掺杂AlN层的Si掺杂浓度为1×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；
所述AlN/Si掺杂AlN超晶格层的生长温度为1050℃~1300℃；
所述AlN/Si掺杂AlN超晶格层的生长压力为50torr~200torr。
在一种实施方式中，所述Si掺杂AlGaN层的厚度为2nm~20nm；
所述Si掺杂AlGaN层的Si掺杂浓度为2×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；
所述Si掺杂AlGaN层的Al组分为0~0.6；
所述Si掺杂AlGaN层的生长温度为1000℃~1250℃；
所述Si掺杂AlGaN层的生长压力为50torr~200torr。
在一种实施方式中，所述Si掺杂多孔GaN层的厚度为10nm~500nm；
所述Si掺杂多孔GaN层的Si掺杂浓度为2×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；
所述Si掺杂多孔GaN层上设有规律分布的V型孔洞，V型孔洞贯穿所述Si掺杂多孔GaN层，V型孔洞的密度为2×107个/cm2~5×1010个/cm2；
所述Si掺杂多孔GaN层的生长温度为950℃~1150℃；
所述Si掺杂多孔GaN层的生长压力为100torr~300torr。
在一种实施方式中，所述GaN/Si掺杂GaN超晶格层包括交替层叠的第一GaN层和第一Si掺杂GaN层，交替生长的周期数为5~30；
所述第一GaN层的厚度为5nm~200nm；
所述第一Si掺杂GaN层的厚度为5nm~200nm；
所述第一Si掺杂GaN层的Si掺杂浓度为1×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；
所述GaN/Si掺杂GaN超晶格层的生长温度为1050℃~1250℃；
所述GaN/Si掺杂GaN超晶格层的生长压力为100torr~300torr。
在一种实施方式中，所述AlGaN层为非掺杂层；
所述AlGaN层的厚度为1nm~10nm；
所述AlGaN层的Al组分为0~0.6；
所述AlGaN层的生长温度为1000℃~1250℃；
所述AlGaN层的生长压力为50torr~200torr。
在一种实施方式中，所述GaN层为非掺杂层；
所述GaN层的厚度为0.2μm~2μm；
所述Si掺杂GaN层的厚度为2μm~8μm；
所述Si掺杂GaN层的Si掺杂浓度为5×1017atoms/cm3~2×1019atoms/cm3；
所述GaN层或Si掺杂GaN层的生长温度为1100℃~1250℃；
所述GaN层或Si掺杂GaN层的生长压力为10torr~300torr。
相应地，本发明还提供了一种发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备衬底；
S2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、应力释放层、P型半导体层；
所述缓冲层包括依次层叠在所述衬底上的Mg掺杂多孔AlN层、AlN/Si掺杂AlN超晶格层和Si掺杂AlGaN层；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的Si掺杂多孔GaN层、GaN/Si掺杂GaN超晶格层、AlGaN层、GaN层和Si掺杂GaN层。
以及，本发明还提供了一种LED，所述LED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：
本发明提供的发光二极管外延片，其具有特定结构的缓冲层和N型半导体层。所述缓冲层包括依次层叠在所述衬底上的Mg掺杂多孔AlN层、AlN/Si掺杂AlN超晶格层和Si掺杂AlGaN层；所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的Si掺杂多孔GaN层、GaN/Si掺杂GaN超晶格层、AlGaN层、GaN层和Si掺杂GaN层。
基于上述对缓冲层和N型半导体层的结构和工艺设计，一者，将底层设计为两次开孔、两次合并的底层结构，能够有效的释放由外延材料各子层之间晶格失配和热失配带来的失配应力，提高后续生长的外延材料质量。二者，在两次合并过程中材料中的位错缺陷会不断的偏折、合并，降低外延层材料的位错密度，从而提高外延材料的质量。三者，将两次合并的材料设计为不掺杂Si元素和掺杂Si元素的超晶格结构，能够获取电流扩展性能良好的底层外延材料，有利于后续垂直结构芯片和倒装结构芯片的设计，提升芯片ESD和IR良率等效果。综合以上工艺，采用本发明制备的外延片，能够有效地释放由外延材料各子层之间晶格失配和热失配带来的失配应力，减少外延材料在生长过程中缺陷的产生，降低材料的位错密度，显著改善外延片材料的质量，从而提高发光二极管的良率和亮度等性能。
附图说明
图1为本发明提供的发光二极管外延片的结构示意图；
图2为本发明提供的发光二极管外延片的缓冲层的结构示意图；
图3为本发明提供的发光二极管外延片的AlN/Si掺杂AlN超晶格层的结构示意图；
图4为本发明提供的发光二极管外延片的N型半导体层的结构示意图；
图5为本发明提供的发光二极管外延片的GaN/Si掺杂GaN超晶格层的结构示意图。
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。
除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：
本发明中，“优选”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本发明保护范围的限制。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，则包括数值区间的两个端点。
为解决上述问题，本发明提供了一种发光二极管外延片，如图1所示，包括衬底100，所述衬底100上依次设有缓冲层200、N型半导体层300、多量子阱层400、应力释放层500、P型半导体层600；
所述缓冲层200包括依次层叠在所述衬底100上的Mg掺杂多孔AlN层210、AlN/Si掺杂AlN超晶格层220和Si掺杂AlGaN层230；
所述N型半导体层300包括依次层叠在所述缓冲层200上的Si掺杂多孔GaN层310、GaN/Si掺杂GaN超晶格层320、AlGaN层330、GaN层340和Si掺杂GaN层350。
本发明提供的发光二极管外延片，具有特定结构的缓冲层200和N型半导体层300。
如图2所示，所述缓冲层200的具体结构如下：
在一种实施方式中，所述Mg掺杂多孔AlN层210的厚度为1nm~20nm；所述Mg掺杂多孔AlN层210的示例性厚度为3nm、6nm、9nm、12nm、15nm、18nm、19nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述Mg掺杂多孔AlN层210的Mg掺杂浓度为2×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；优选地，所述Mg掺杂多孔AlN层210的Mg掺杂浓度为1×1013atoms/cm3~1×1017atoms/cm3。在一种实施方式中，所述Mg掺杂多孔AlN层210上设有规律分布的V型孔洞，V型孔洞贯穿所述Mg掺杂多孔AlN层210，V型孔洞的密度为2×108个/cm2~5×1011个/cm2；优选地，V型孔洞的密度为1×109个/cm2~1×1011个/cm2。在一种实施方式中，所述Mg掺杂多孔AlN层210的生长温度为800℃~1050℃；所述Mg掺杂多孔AlN层210的生长压力为50torr~200torr。所述Mg掺杂多孔AlN层210为开孔层，并在较低温度下生长。
如图3所示，在一种实施方式中，所述AlN/Si掺杂AlN超晶格层220包括交替层叠的AlN层221和Si掺杂AlN层222，交替生长的周期数为5~50；示例性周期数为10、20、30、40，但不限于此。在一种实施方式中，所述AlN层221的厚度为1nm~5nm；所述AlN层221的示例性厚度为2nm、3nm、4nm，但不限于此；所述Si掺杂AlN层222的厚度为1nm~5nm；所述Si掺杂AlN层222的示例性厚度为2nm、3nm、4nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述Si掺杂AlN层222的Si掺杂浓度为1×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；优选地，所述Si掺杂AlN层222的Si掺杂浓度为1×1013atoms/cm3~1×1017atoms/cm3。在一种实施方式中，所述AlN/Si掺杂AlN超晶格层220的生长温度为1050℃~1300℃；所述AlN/Si掺杂AlN超晶格层220的生长压力为50torr~200torr。所述AlN/Si掺杂AlN超晶格层220填充所述Mg掺杂多孔AlN层210；具体地，所述AlN/Si掺杂AlN超晶格层220填充所述Mg掺杂多孔AlN层210的V型孔洞。所述AlN/Si掺杂AlN超晶格层220为合并层，通过在衬底上设置开孔层和合并层，能够有效的释放由外延材料各子层之间晶格失配和热失配带来的失配应力，提高后续生长的外延材料质量。并且，所述AlN/Si掺杂AlN超晶格层220的材料设计为不掺杂Si元素和掺杂Si元素的超晶格结构，能够获取电流扩展性能良好的底层外延材料，有利于后续垂直结构芯片和倒装结构芯片的设计，提升芯片ESD和IR良率等效果。
在一种实施方式中，所述Si掺杂AlGaN层230的厚度为2nm~20nm；所述Si掺杂AlGaN层230的示例性厚度为5nm、10nm、15nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述Si掺杂AlGaN层的Si掺杂浓度为2×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；优选地，所述Si掺杂AlGaN层的Si掺杂浓度为1×1013atoms/cm3~1×1017atoms/cm3。在一种实施方式中，所述Si掺杂AlGaN层的Al组分为0~0.6；所述Si掺杂AlGaN层的生长温度为1000℃~1250℃；所述Si掺杂AlGaN层的生长压力为50torr~200torr。
如图4所示，所述N型半导体层300的具体结构如下：
在一种实施方式中，所述Si掺杂多孔GaN层310的厚度为10nm~500nm；所述Si掺杂多孔GaN层310的示例性厚度为50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述Si掺杂多孔GaN层310的Si掺杂浓度为2×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；优选地，所述Si掺杂多孔GaN层310的Si掺杂浓度为1×1013atoms/cm3~1×1017atoms/cm3。在一种实施方式中，所述Si掺杂多孔GaN层310上设有规律分布的V型孔洞，V型孔洞贯穿所述Si掺杂多孔GaN层310，V型孔洞的密度为2×107个/cm2~5×1010个/cm2；优选地，V型孔洞的密度为1×108个/cm2~1×1010个/cm2。在一种实施方式中，所述Si掺杂多孔GaN层310的生长温度为950℃~1150℃；所述Si掺杂多孔GaN层310的生长压力为100torr~300torr。所述Si掺杂多孔GaN层310为开孔层，并在较低温度下生长。
如图5所示，在一种实施方式中，所述GaN/Si掺杂GaN超晶格层320包括交替层叠的第一GaN层321和第一Si掺杂GaN层322，交替生长的周期数为5~30；示例性周期数为10、20、30，但不限于此；所述第一GaN层321的厚度为5nm~200nm；所述第一GaN层321的示例性厚度为50nm、100nm、150nm，但不限于此；所述第一Si掺杂GaN层322的厚度为5nm~200nm；所述第一Si掺杂GaN层322的示例性厚度为50nm、100nm、150nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述第一Si掺杂GaN层322的Si掺杂浓度为1×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；优选地，所述第一Si掺杂GaN层322的Si掺杂浓度为1×1013atoms/cm3~1×1017atoms/cm3。在一种实施方式中，所述GaN/Si掺杂GaN超晶格层320的生长温度为1050℃~1250℃；所述GaN/Si掺杂GaN超晶格层320的生长压力为100torr~300torr。所述GaN/Si掺杂GaN超晶格层320填充所述Si掺杂多孔GaN层310；具体地，所述GaN/Si掺杂GaN超晶格层320填充所述Si掺杂多孔GaN层310的V型孔洞。所述GaN/Si掺杂GaN超晶格层320为合并层，通过在缓冲上设置开孔层和合并层，能够有效的释放由外延材料各子层之间晶格失配和热失配带来的失配应力，提高后续生长的外延材料质量。并且，所述GaN/Si掺杂GaN超晶格层320的材料设计为不掺杂Si元素和掺杂Si元素的超晶格结构，能够获取电流扩展性能良好的底层外延材料，有利于后续垂直结构芯片和倒装结构芯片的设计，提升芯片ESD和IR良率等效果。
在一种实施方式中，所述AlGaN层330为非掺杂层；所述AlGaN层330的厚度为1nm~10nm；所述AlGaN层330的示例性厚度为3nm、6nm、9nm，但不限于此；所述AlGaN层330的Al组分为0~0.6；所述AlGaN层330的生长温度为1000℃~1250℃；所述AlGaN层330的生长压力为50torr~200torr。
在一种实施方式中，所述GaN层340为非掺杂层；所述GaN层340的厚度为0.2μm~2μm；所述GaN层340的示例性厚度为0.5μm、1μm、1.5μm，但不限于此；所述Si掺杂GaN层350的厚度为2μm~8μm；所述Si掺杂GaN层350的示例性厚度为3μm、5μm、7μm，但不限于此；所述Si掺杂GaN层350的Si掺杂浓度为5×1017atoms/cm3~2×1019atoms/cm3；所述GaN层340或Si掺杂GaN层350的生长温度为1100℃~1250℃；所述GaN层340或Si掺杂GaN层350的生长压力为10torr~300torr。
综上，本发明基于上述对缓冲层和N型半导体层的结构和工艺设计，一者，将底层设计为两次开孔、两次合并的底层结构，能够有效的释放由外延材料各子层之间晶格失配和热失配带来的失配应力，提高后续生长的外延材料质量。二者，在两次合并过程中材料中的位错缺陷会不断的偏折、合并，降低外延层材料的位错密度，从而提高外延材料的质量。三者，将两次合并的材料设计为不掺杂Si元素和掺杂Si元素的超晶格结构，能够获取电流扩展性能良好的底层外延材料，有利于后续垂直结构芯片和倒装结构芯片的设计，提升芯片ESD和IR良率等效果。综合以上工艺，采用本发明制备的外延片，能够有效地释放由外延材料各子层之间晶格失配和热失配带来的失配应力，减少外延材料在生长过程中缺陷的产生，降低材料的位错密度，显著改善外延片材料的质量，从而提高发光二极管的良率和亮度等性能。
相应地，本发明提供了一种发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备衬底100；
S2、在所述衬底100上依次沉积缓冲层200、N型半导体层300、多量子阱层400、应力释放层500、P型半导体层600；
所述缓冲层200包括依次层叠在所述衬底100上的Mg掺杂多孔AlN层210、AlN/Si掺杂AlN超晶格层220和Si掺杂AlGaN层230；
所述N型半导体层300包括依次层叠在所述缓冲层200上的Si掺杂多孔GaN层310、GaN/Si掺杂GaN超晶格层320、AlGaN层330、GaN层340和Si掺杂GaN层350。
下面以具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
本实施例提供一种发光二极管外延片，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、应力释放层、P型半导体层；
所述缓冲层包括依次层叠在所述衬底上的Mg掺杂多孔AlN层、AlN/Si掺杂AlN超晶格层和Si掺杂AlGaN层；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的Si掺杂多孔GaN层、GaN/Si掺杂GaN超晶格层、AlGaN层、GaN层和Si掺杂GaN层；
所述Mg掺杂多孔AlN层的厚度为10nm，Mg掺杂浓度为1×1015atoms/cm3；
所述Mg掺杂多孔AlN层上设有规律分布的V型孔洞，V型孔洞贯穿所述Mg掺杂多孔AlN层，V型孔洞的密度为1×1011个/cm2；所述Mg掺杂多孔AlN层的生长温度为900℃，生长压力为100torr。
所述AlN/Si掺杂AlN超晶格层包括交替层叠的AlN层和Si掺杂AlN层，交替生长的周期数为10；所述AlN层的厚度为3nm；所述Si掺杂AlN层的厚度为3nm；所述Si掺杂AlN层的Si掺杂浓度为1×1015atoms/cm3；所述AlN/Si掺杂AlN超晶格层的生长温度为1150℃，生长压力为100torr。
所述Si掺杂AlGaN层的厚度为15nm，Si掺杂浓度为1×1015atoms/cm3，Al组分0.3，生长温度为1100℃，生长压力为100torr。
所述Si掺杂多孔GaN层的厚度为300nm，Si掺杂浓度为1×1015atoms/cm3；
所述Si掺杂多孔GaN层上设有规律分布的V型孔洞，V型孔洞贯穿所述Si掺杂多孔GaN层，V型孔洞的密度为1×108个/cm2；
所述Si掺杂多孔GaN层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。
所述GaN/Si掺杂GaN超晶格层包括交替层叠的第一GaN层和第一Si掺杂GaN层，交替生长的周期数为15；所述第一GaN层的厚度为100nm；所述第一Si掺杂GaN层的厚度为100nm，Si掺杂浓度为1×1015atoms/cm3；
所述GaN/Si掺杂GaN超晶格层的生长温度为1150℃，生长压力为200torr。
所述AlGaN层为非掺杂层；所述AlGaN层的厚度为5nm，Al组分0.3，生长温度为1100℃，生长压力为100torr。
所述GaN层为非掺杂层；所述GaN层的厚度为1μm；所述Si掺杂GaN层的厚度为5μm，Si掺杂浓度为1×1018atoms/cm3；
所述GaN层或Si掺杂GaN层的生长温度为1200℃，生长压力为200torr。
实施例2
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处如下：
所述Mg掺杂多孔AlN层的厚度为5nm，Mg掺杂浓度为1×1013atoms/cm3；
所述Mg掺杂多孔AlN层上设有规律分布的V型孔洞，V型孔洞贯穿所述Mg掺杂多孔AlN层，V型孔洞的密度为1×109个/cm2；所述AlN/Si掺杂AlN超晶格层包括交替层叠的AlN层和Si掺杂AlN层，交替生长的周期数为10；所述AlN层的厚度为1nm；所述Si掺杂AlN层的厚度为1nm；所述Si掺杂AlN层的Si掺杂浓度为1×1012atoms/cm3；所述Si掺杂AlGaN层的厚度为5nm，Si掺杂浓度为2×1012atoms/cm3。其余与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处如下：
所述Si掺杂多孔GaN层的厚度为10nm，Si掺杂浓度为2×1012atoms/cm3；所述Si掺杂多孔GaN层上设有规律分布的V型孔洞，V型孔洞贯穿所述Si掺杂多孔GaN层，V型孔洞的密度为2×107个/cm2。
所述GaN/Si掺杂GaN超晶格层包括交替层叠的第一GaN层和第一Si掺杂GaN层，交替生长的周期数为5；所述第一GaN层的厚度为10nm；所述第一Si掺杂GaN层的厚度为10nm，Si掺杂浓度为1×1012atoms/cm3。
所述AlGaN层为非掺杂层；所述AlGaN层的厚度为10nm。所述GaN层为非掺杂层；所述GaN层的厚度为0.2μm；所述Si掺杂GaN层的厚度为2μm，Si掺杂浓度为5×1017atoms/cm3。其余与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种发光二极管外延片，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、应力释放层、P型半导体层；
所述缓冲层为AlN层；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的Si掺杂多孔GaN层、GaN/Si掺杂GaN超晶格层、AlGaN层、GaN层和Si掺杂GaN层。
对比例2
本对比例提供一种发光二极管外延片，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、应力释放层、P型半导体层；
所述缓冲层包括依次层叠在所述衬底上的Mg掺杂多孔AlN层、AlN/Si掺杂AlN超晶格层和Si掺杂AlGaN层；
所述N型半导体层为Si掺杂GaN层。
以实施例1~实施例3和对比例1~对比例2制得发光二极管外延片在使用相同工艺条件下制成10 mil×24 mil LED芯片，分别抽取300颗LED芯片，在120 mA电流下测试性能。具体结果如表1所示。
表1实施例1~实施例3和对比例1~对比例2制得LED的性能测试结果
由上述结果可知，本发明提供的发光二极管外延片，其具有特定结构的缓冲层和N型半导体层。所述缓冲层包括依次层叠在所述衬底上的Mg掺杂多孔AlN层、AlN/Si掺杂AlN超晶格层和Si掺杂AlGaN层；所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的Si掺杂多孔GaN层、GaN/Si掺杂GaN超晶格层、AlGaN层、GaN层和Si掺杂GaN层。
基于上述对缓冲层和N型半导体层的结构和工艺设计，一者，将底层设计为两次开孔、两次合并的底层结构，能够有效的释放由外延材料各子层之间晶格失配和热失配带来的失配应力，提高后续生长的外延材料质量。二者，在两次合并过程中材料中的位错缺陷会不断的偏折、合并，降低外延层材料的位错密度，从而提高外延材料的质量。三者，将两次合并的材料设计为不掺杂Si元素和掺杂Si元素的超晶格结构，能够获取电流扩展性能良好的底层外延材料，有利于后续垂直结构芯片和倒装结构芯片的设计，提升芯片ESD和IR良率等效果。综合以上工艺，采用本发明制备的外延片，能够有效地释放由外延材料各子层之间晶格失配和热失配带来的失配应力，减少外延材料在生长过程中缺陷的产生，降低材料的位错密度，显著改善外延片材料的质量，从而提高发光二极管的良率和亮度等性能。
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 (10)
1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、应力释放层、P型半导体层；
所述缓冲层包括依次层叠在所述衬底上的Mg掺杂多孔AlN层、非掺杂AlN/Si掺杂AlN超晶格层和Si掺杂AlGaN层；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的Si掺杂多孔GaN层、非掺杂GaN/Si掺杂GaN超晶格层、非掺杂AlGaN层、非掺杂GaN层和Si掺杂GaN层。
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Mg掺杂多孔AlN层的厚度为1nm~20nm；
所述Mg掺杂多孔AlN层的Mg掺杂浓度为2×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；
所述Mg掺杂多孔AlN层上设有规律分布的V型孔洞，V型孔洞贯穿所述Mg掺杂多孔AlN层，V型孔洞的密度为2×108个/cm2~5×1011个/cm2；
所述Mg掺杂多孔AlN层的生长温度为800℃~1050℃；
所述Mg掺杂多孔AlN层的生长压力为50torr~200torr。
3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述非掺杂AlN/Si掺杂AlN超晶格层包括交替层叠的非掺杂AlN层和Si掺杂AlN层，交替生长的周期数为5~50；
所述非掺杂AlN层的厚度为1nm~5nm；
所述Si掺杂AlN层的厚度为1nm~5nm；
所述Si掺杂AlN层的Si掺杂浓度为1×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；
所述非掺杂AlN/Si掺杂AlN超晶格层的生长温度为1050℃~1300℃；
所述非掺杂AlN/Si掺杂AlN超晶格层的生长压力为50torr~200torr。
4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述Si掺杂AlGaN层的厚度为2nm~20nm；
所述Si掺杂AlGaN层的Si掺杂浓度为2×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；
所述Si掺杂AlGaN层的Al组分为0~0.6；
所述Si掺杂AlGaN层的生长温度为1000℃~1250℃；
所述Si掺杂AlGaN层的生长压力为50torr~200torr。
5.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述Si掺杂多孔GaN层的厚度为10nm~500nm；
所述Si掺杂多孔GaN层的Si掺杂浓度为2×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；
所述Si掺杂多孔GaN层上设有规律分布的V型孔洞，V型孔洞贯穿所述Si掺杂多孔GaN层，V型孔洞的密度为2×107个/cm2~5×1010个/cm2；
所述Si掺杂多孔GaN层的生长温度为950℃~1150℃；
所述Si掺杂多孔GaN层的生长压力为100torr~300torr。
6.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述非掺杂GaN/Si掺杂GaN超晶格层包括交替层叠的非掺杂第一GaN层和第一Si掺杂GaN层，交替生长的周期数为5~30；
所述非掺杂第一GaN层的厚度为5nm~200nm；
所述第一Si掺杂GaN层的厚度为5nm~200nm；
所述第一Si掺杂GaN层的Si掺杂浓度为1×1012atoms/cm3~5×1017atoms/cm3；
所述非掺杂GaN/Si掺杂GaN超晶格层的生长温度为1050℃~1250℃；
所述非掺杂GaN/Si掺杂GaN超晶格层的生长压力为100torr~300torr。
7.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述非掺杂AlGaN层的厚度为1nm~10nm；
所述非掺杂AlGaN层的Al组分为0~0.6；
所述非掺杂AlGaN层的生长温度为1000℃~1250℃；
所述非掺杂AlGaN层的生长压力为50torr~200torr。
8.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，
所述非掺杂GaN层的厚度为0.2μm~2μm；
所述Si掺杂GaN层的厚度为2μm~8μm；
所述Si掺杂GaN层的Si掺杂浓度为5×1017atoms/cm3~2×1019atoms/cm3；
所述非掺杂GaN层或Si掺杂GaN层的生长温度为1100℃~1250℃；
所述非掺杂GaN层或Si掺杂GaN层的生长压力为10torr~300torr。
9.一种如权利要求1~8任一项所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备衬底；
S2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、应力释放层、P型半导体层；
所述缓冲层包括依次层叠在所述衬底上的Mg掺杂多孔AlN层、非掺杂AlN/Si掺杂AlN超晶格层和Si掺杂AlGaN层；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的Si掺杂多孔GaN层、非掺杂GaN/Si掺杂GaN超晶格层、非掺杂AlGaN层、非掺杂GaN层和Si掺杂GaN层。
10.一种LED，其特征在于，所述LED包括如权利要求1~8任一项所述的发光二极管外延片。
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