CN117253950B - 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，所述发光二极管外延片包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层和复合P型接触层；所述复合P型接触层包括依次层叠于所述P型GaN层上的AlN层、P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层。本发明可以在提高空穴浓度的同时降低欧姆接触电阻，从而提升发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，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
GaN材料是性能优越的III-V族化合物半导体，却一直沉寂了20多年，它的漫长发展历史归因于它有较大的本底N型载流子浓度，P型掺杂非常困难，从而使研究工作屡屡受挫，所以直到90年代GaN的发光管（LED）的效率可以与灯泡相比时，才使人们另眼相看，开始掀起研究和制造的热潮。
发光二极管的外延结构主要包括缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层和P型接触层。为了与电极形成良好的欧姆接触，P型接触层通常采用重掺杂的GaN材料，但是由于Mg的自补偿效应，其活化Mg的浓度较低，导致欧姆接触较差，接触电阻升高，另外由于Mg的禁带宽度较低，容易吸收LED发出的光，导致发光二极管出光效率下降。
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，能够提高发光二极管外延片的发光效率。
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，工艺简单，制得的发光二极管外延片发光效率高。
为达到上述技术效果，本发明提供了一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层和复合P型接触层；
所述复合P型接触层包括依次层叠于所述P型GaN层上的AlN层、P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层；
所述AlN层为三维岛状生长，所述AlN层的表面粗化形成V型坑；
所述P型BInGaN层中的B组分占比沿外延生长的方向逐渐降低，In组分占比沿外延生长的方向逐渐升高；
沉积所述P型BInGaN层后在N2气氛下进行退火处理。
作为上述技术方案的改进，所述P型BGaN层中的B组分占比为0.01~0.1，Mg掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1020cm-3。
作为上述技术方案的改进，所述P型BInGaN层中的B组分占比为0.01~0.1，In组分占比为0.01~0.1，Mg掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1021cm-3。
作为上述技术方案的改进，所述P型BInGaN层的Mg掺杂浓度沿外延生长的方向逐渐升高。
作为上述技术方案的改进，所述AlN层的厚度为1nm~10nm，所述P型BGaN层的厚度为1nm~20nm，所述P型BInGaN层的厚度为1nm~10nm，所述Mg3N2层的厚度为0.5nm~5nm。
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，包括以下步骤：
提供一衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层和复合P型接触层；
所述复合P型接触层包括依次层叠于所述P型GaN层上的AlN层、P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层。
作为上述技术方案的改进，沉积P型BInGaN层后在N2气氛下进行退火处理，退火处理的温度为500℃~900℃，退火处理的时间为1min~5min。
作为上述技术方案的改进，所述AlN层的沉积温度为800℃~1000℃，沉积压力为100Torr~500Torr；
所述P型BGaN层的沉积温度为800℃~1000℃，沉积压力为50Torr~300Torr；
所述P型BInGaN层的沉积温度为800℃~1000℃，沉积压力为50Torr~300Torr；
所述Mg3N2层的沉积温度为650℃~850℃，沉积压力为50Torr~300Torr。
作为上述技术方案的改进，所述AlN层的生长气氛为N2和NH3，通入N2和NH3的流量比为1:(1~20)；所述P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层的生长气氛均为N2、H2和NH3，通入N2、H2和NH3的流量比为1:(1~20):(1~10)。
相应的，本发明还公开了一种发光二极管，包括上述的发光二极管外延片。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明的复合P型接触层包括依次层叠的AlN层、P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层。首先沉积AlN层，Al原子迁移率较低，形成三维岛状生长，表面粗化增加了发光二极管从P层出光的能力，同时增加了电极与P型接触层的有效接触面积，提高了电流在P型接触层的扩展，降低接触电阻。其次沉积P型BGaN层，B的加入可以提高禁带宽度，减少吸光，而且该层的Mg掺杂浓度较低，电流扩展均匀。接着沉积P型BInGaN层，In的加入可以降低Mg的激活能，提高空穴浓度。最后沉积Mg3N2层，可以与芯片电极形成良好的欧姆接触，降低接触电阻，从而降低发光二极管的工作电压，提高发光二极管的发光效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的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，下面将结合具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，包括衬底1及依次层叠于所述衬底1上的缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型GaN层7和复合P型接触层8；所述复合P型接触层8包括依次层叠于所述P型GaN层7上的AlN层、P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层。
本发明的复合P型接触层包括依次层叠的AlN层、P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层。首先沉积AlN层，因Al原子迁移率较低，该层三维岛状生长，表面粗化形成V型坑粗化层，增加发光二极管从P层的出光能力，其次V型坑粗化结构可以增加电极与P型接触层的有效接触面积，提高电流在P型接触层扩展，降低接触电阻。其次沉积P型BGaN层，首先因Mg的禁带宽度较窄，掺入B元素提高禁带宽度，减少P型BGaN层吸光；而且P型BGaN层的Mg掺杂浓度较低，可以提高电流的均匀扩展。沉积P型BInGaN层，其中的In组分能够降低Mg的激活能，促使更多的Mg活化，获得较高的空穴浓度从而增加电子空穴的复合发光效率。最后沉积Mg3N2层，与芯片电极形成良好的欧姆接触，降低电极与接触层的接触电阻，降低发光二极管的工作电压，提高发光二极管的发光效率。
在一种实施方式中，所述P型BGaN层中的B组分占比为0.01~0.1。若所述P型BGaN层中的B组分占比小于0.01，会造成该层的吸光严重；若所述P型BGaN层中的B组分占比大于0.1，会造成禁带宽度过高。所述P型BGaN层的Mg掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1020cm-3。示例性的，所述P型BGaN层的Mg掺杂浓度为1×1019cm-3、2.5×1019cm-3、5×1019cm-3、7.5×1019cm-3或1×1020cm-3，但不限于此。
在一种实施方式中，所述P型BInGaN层中的B组分占比为0.01~0.1，控制B组分占比可以更好的实现与P型BGaN层的匹配；In组分占比为0.01~0.1，In组分的引入可以提高空穴浓度。若In组分占比过高，则会造成晶体生长质量的下降，从而影响发光效率。所述P型BInGaN层的Mg掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1021cm-3。示例性的，所述P型BInGaN层的Mg掺杂浓度为1×1019cm-3、5×1019cm-3、2.5×1020cm-3、5×1020cm-3、7.5×1020cm-3或1×1021cm-3，但不限于此。
在一种实施方式中，所述P型BInGaN层中的B组分占比沿外延生长的方向逐渐降低，In组分占比沿外延生长的方向逐渐升高，Mg掺杂浓度沿外延生长的方向逐渐升高。通过组分占比的渐变实现晶格常数更好的匹配，而且In能够降低Mg的激活能，In组分占比和Mg掺杂浓度的升高可以获得更高的空穴浓度，从而增加电子空穴的复合发光效率。
在一种实施方式中，所述AlN层的厚度为1nm~10nm，若AlN层的厚度小于1nm，无法形成合适的三维岛状结构；若AlN层的厚度大于10nm，可能会出现裂纹；所述P型BGaN层的厚度为1nm~20nm，若BGaN的厚度小于1nm，无法实现电流的均匀扩展；若BGaN的厚度大于20nm，会造成吸光导致发光效率的降低；所述P型BInGaN层的厚度为1nm~10nm，若P型BInGaN层的厚度小于1nm，无法提供足够的空穴；若P型BInGaN层的厚度大于10nm，会引起生长质量的下降；所述Mg3N2层的厚度为0.5nm~5nm，若Mg3N2层的厚度小于0.5nm，无法起到降低接触电阻的作用；若Mg3N2层的厚度大于5nm，会引起生长质量的下降。
除了上述复合P型接触层外，本发明的其它层状结构的特点如下：
所述衬底1为蓝宝石衬底、SiO2蓝宝石复合衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底中的一种。在一种实施方式中，所述衬底为蓝宝石衬底。
所述缓冲层2为AlN缓冲层或AlGaN缓冲层，所述缓冲层2的厚度为10nm~50nm。在一种实施方式中，所述缓冲层为AlN缓冲层，采用AlN缓冲层提供了与衬底取向相同的成核中心，释放了GaN和衬底之间的晶格失配产生的应力以及热膨胀系数失配所产生的热应力，为进一步的生长提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角，使岛状生长的GaN晶粒在较小的厚度内能连成面，转变为二维外延生长。
在一种实施方式中，所述非掺杂GaN层3的厚度为1μm~5μm。随着非掺杂GaN层厚度的增加，压应力会通过堆垛层错释放，线缺陷减少，晶体质量提高，反向漏电降低，但提高GaN层厚度对Ga源材料消耗较大，造成了LED的外延成本的提高。优选的，所述非掺杂GaN层3的厚度为2μm~3μm，不仅节约生产成本，而且具有较高的晶体质量。
在一种实施方式中，所述N型GaN层4的厚度为2μm~3μm，掺杂浓度为1×1019cm-3~5×1019cm-3。N型GaN层为LED发光提供充足电子；其次，N型GaN层足够的Si掺杂，可以有效降低N型GaN层的电阻率；最后，N型GaN层足够的厚度可以有效释放应力，从而提升发光二极管的发光效率。
在一种实施方式中，所述多量子阱层5包括周期性交替层叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，周期数为6~12；其中InGaN量子阱层的In组分为0.1~0.3，厚度为2nm~5nm，AlGaN量子垒层的Al组分为0.01~0.1，厚度为5nm~15nm。
在一种实施方式中，所述电子阻挡层6为AlInGaN电子阻挡层，其中Al组分占比为0.01~0.1，In组分占比为0.01~0.2，所述电子阻挡层6的厚度为10nm~40nm。
在一种实施方式中，所述P型GaN层7的厚度为10nm~50nm，掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1021cm-3。掺杂浓度过高会破坏晶体质量，掺杂浓度过低则会影响空穴浓度。
相应的，如图2所示，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：
S100 提供一衬底：
衬底可选用蓝宝石衬底、SiO2蓝宝石复合衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底中的一种。在一种实施方式中，衬底选用蓝宝石衬底，蓝宝石是目前最常用的GaN基LED衬底材料，蓝宝石衬底具有制备工艺成熟、价格较低、易于清洗和处理，高温下有很好的稳定性等优点。
S200 生长缓冲层：
缓冲层可选用AlN缓冲层或AlGaN缓冲层。在一种实施方式中，采用PVD生长AlN缓冲层。将已镀完AlN缓冲层的蓝宝石衬底转入MOCVD中，在H2气氛进行预处理，预处理温度为1000℃~1200℃，预处理时间为1min~10min，提升AlN缓冲层的晶体质量和后续沉积GaN外延层的晶体质量。
S300 生长非掺杂GaN层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1050℃~1200℃，压力为100Torr~600Torr，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入TMGa作为Ga源。非掺杂GaN层的生长温度较高，压力较低，制备得到的GaN的晶体质量较优。
S400 生长N型GaN层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1050℃~1200℃，压力为100Torr~600Torr，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入TMGa作为Ga源，通入SiH4作为N型掺杂剂。
S500 生长多量子阱层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为790℃~810℃，压力为50Torr~300Torr，以NH3和N2为生长气氛，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源，生长InGaN量子阱层；控制反应室温度为800℃~900℃，保持压力不变，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，生长AlGaN量子垒层；重复层叠周期性生长InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层。
S600 生长电子阻挡层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为900℃~1000℃，压力为100Torr~300Torr，以NH3和N2为生长气氛，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入TMIn作为In源。
S700 生长P型GaN层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为900℃~1050℃，压力为100Torr~600Torr，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入TMGa作为Ga源，通入Cp2Mg作为P型掺杂剂。对于含V型坑的LED结构来说，P型GaN层较高的生长温度有利于合并V型坑，得到表面光滑的LED外延片。
S800 生长复合P型接触层：
具体的，在一种实施方式中，复合P型接触层的生长包括以下步骤：
S801 生长AlN层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为800℃~1000℃，压力为100Torr~500Torr，以NH3和N2为生长气氛，通入N2和NH3的流量比为1:(1~20)，通入TMAl作为Al源。
S802 生长P型BGaN层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为800℃~1000℃，压力为50Torr~300Torr，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入N2、H2和NH3的流量比为1:(1~20):(1~10)，通入TMGa作为Ga源，通入C6H15B作为B源，通入Cp2Mg作为P型掺杂剂。
S803 生长P型BInGaN层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为800℃~1000℃，压力为50Torr~300Torr，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入N2、H2和NH3的流量比为1:(1~20):(1~10)，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源，通入C6H15B作为B源，通入Cp2Mg作为P型掺杂剂。
在一种实施方式中，还包括：
S803a 沉积P型BInGaN层后在N2气氛中进行退火处理，退火处理的温度为500℃~900℃，退火处理的时间为1min~5min。通过退火处理激活Mg，提高空穴浓度。由于Mg-H复合体的分解势仅为1.5eV，因此Mg-H复合体很容易发生分解，又由于H+的扩散势垒仅为0.7eV，很容易被移走，从而激活P型接触层的Mg，减少与Mg3N2层的串联电阻。
S804 生长Mg3N2层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为650℃~850℃，压力为50Torr~300Torr，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入N2、H2和NH3的流量比为1:(1~20):(1~10)，通入Cp2Mg作为Mg源。
下面以具体实施例进一步阐述本发明。
实施例1
本实施例提供一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层和复合P型接触层。
缓冲层为AlN缓冲层，厚度为15nm。
非掺杂GaN层的厚度为2μm。
N型GaN层中Si的掺杂浓度为2.5×1019cm-3，厚度为2μm。
多量子阱层为交替层叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，InGaN量子阱层中的In组分占比为0.15，厚度为3.5nm，AlGaN量子垒层中的Al组分占比为0.05，厚度为9.8nm，层叠周期数为10。
电子阻挡层为AlInGaN电子阻挡层，Al组分占比为0.05，In组分占比为0.01，电子阻挡层的厚度为15nm。
P型GaN层中Mg的掺杂浓度为2×1020cm-3，厚度为15nm。
复合P型接触层包括依次层叠的AlN层、P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层。AlN层的厚度为4.5nm；P型BGaN层中的B组分占比为0.05，Mg掺杂浓度为5×1019cm-3，厚度为10nm；P型BInGaN层中的B组分占比沿外延生长的方向由0.05降至0.01，In组分占比沿外延生长的方向由0.01升至0.07，Mg掺杂浓度沿外延生长的方向由5×1019cm-3升至3×1020cm-3，厚度为5nm；Mg3N2层的厚度为2nm。
上述发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：
S100 提供一衬底：
选用蓝宝石衬底。
S200 生长缓冲层：
采用PVD生长AlN缓冲层。将已镀完AlN缓冲层的蓝宝石衬底转入MOCVD中，在H2气氛进行预处理，预处理温度为1000℃，预处理时间为6min。
S300 生长非掺杂GaN层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1100℃，压力为150Torr，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入TMGa作为Ga源。
S400 生长N型GaN层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1120℃，压力为100Torr，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入TMGa作为Ga源，通入SiH4作为N型掺杂剂。
S500 生长多量子阱层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为795℃，压力为200Torr，以NH3和N2为生长气氛，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源，生长InGaN量子阱层；控制反应室温度为855℃，保持压力不变，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，生长AlGaN量子垒层；重复层叠周期性生长InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层。
S600 生长电子阻挡层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为965℃，压力为200Torr，以NH3和N2为生长气氛，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入TMIn作为In源。
S700 生长P型GaN层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为985℃，压力为200Torr，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入TMGa作为Ga源，通入Cp2Mg作为P型掺杂剂。
S800 生长复合P型接触层，具体的，包括以下步骤：
S801 生长AlN层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为900℃，压力为300Torr，以NH3和N2为生长气氛，通入N2和NH3的流量比为1:5，通入TMAl作为Al源。
S802 生长P型BGaN层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为900℃，压力为200Torr，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入N2、H2和NH3的流量比为1:10:5，通入TMGa作为Ga源，通入C6H15B作为B源，通入Cp2Mg作为P型掺杂剂。
S803 生长P型BInGaN层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为900℃，压力为200Torr，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入N2、H2和NH3的流量比为1:10:5，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源，通入C6H15B作为B源，通入Cp2Mg作为P型掺杂剂。
S804 生长Mg3N2层：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为750℃，压力为200Torr，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入N2、H2和NH3的流量比为1:10:5，通入Cp2Mg作为Mg源。
实施例2
本实施例提供一种发光二极管外延片，复合P型接触层包括依次层叠的AlN层、P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层。AlN层的厚度为4.5nm；P型BGaN层中的B组分占比为0.05，Mg掺杂浓度为5×1019cm-3，厚度为10nm；P型BInGaN层中的B组分占比为0.02，In组分占比为0.05，Mg掺杂浓度为3×1020cm-3，厚度为5nm；Mg3N2层的厚度为2nm。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1的区别在于，沉积P型BInGaN层后在N2气氛中进行退火处理，退火处理的温度为700℃，退火处理的时间为2min。其余均与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种发光二极管外延片，复合P型接触层包括依次层叠的AlN层、P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层。AlN层的厚度为4.5nm；P型BGaN层中的B组分占比为0.03，Mg掺杂浓度为3×1019cm-3，厚度为10nm；P型BInGaN层中的B组分占比沿外延生长的方向由0.05降至0.01，In组分占比沿外延生长的方向由0.01升至0.07，Mg掺杂浓度沿外延生长的方向由5×1019cm-3升至3×1020cm-3，厚度为5nm；Mg3N2层的厚度为2nm。其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种发光二极管外延片，复合P型接触层包括依次层叠的AlN层、P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层。AlN层的厚度为4.5nm；P型BGaN层中的B组分占比为0.05，Mg掺杂浓度为5×1019cm-3，厚度为10nm；P型BInGaN层中的B组分占比沿外延生长的方向由0.05降至0.01，In组分占比沿外延生长的方向由0.01升至0.07，Mg掺杂浓度沿外延生长的方向由3×1019cm-3升至2×1020cm-3，厚度为5nm；Mg3N2层的厚度为2nm。其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种发光二极管外延片，与实施例1的区别在于，不包括复合P型接触层，在P型GaN层上生长P型接触层，厚度为20nm，P型接触层为P型GaN接触层，Mg掺杂浓度为5×1019cm-3；相应的，在制备方法中，也不包括复合P型接触层的制备步骤，P型GaN接触层的制备步骤为：控制反应室温度为1100℃，压力为100Torr，以NH3、N2和H2为生长气氛，通入TMGa作为Ga源，通入Cp2Mg作为P型掺杂剂。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，与实施例1的区别在于，复合准备层不包括AlN层，相应的，在制备方法中，不包括AlN层的制备步骤。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，与实施例1的区别在于，复合准备层不包括Mg3N2层，相应的，在制备方法中，不包括Mg3N2层的制备步骤。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，与实施例1的区别在于，复合准备层不包括BInGaN层，相应的，在制备方法中，不包括BInGaN层的制备步骤。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，与实施例1的区别在于，复合准备层不包括BGaN层，相应的，在制备方法中，不包括BGaN层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
性能测试：
将实施例1~实施例5和对比例1~对比例5制得的发光二极管外延片做成10mil×24mil的芯片并在120mA/60mA电流下测试，测试亮度及表面反射率，计算实施例1~实施例5和对比例2~对比例5相较于对比例1的光效提升率，结果如表1所示。
表1 发光二极管外延片的光电性能测试结果
由表中可以看出，采用本发明的复合P型接触层能够有效降低外延片的表面反射率，提升发光效率。
以上所述是本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，其特征在于，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层和复合P型接触层；
所述复合P型接触层包括依次层叠于所述P型GaN层上的AlN层、P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层；所述AlN层的厚度为1nm~10nm，所述P型BGaN层的厚度为1nm~20nm，所述P型BInGaN层的厚度为1nm~10nm，所述Mg3N2层的厚度为0.5nm~5nm；
所述AlN层为三维岛状生长，所述AlN层的表面粗化形成V型坑；
所述P型BGaN层中的B组分占比为0.01~0.1；
所述P型BInGaN层中的B组分占比为0.01~0.1，In组分占比为0.01~0.1；所述P型BInGaN层中的B组分占比沿外延生长的方向逐渐降低，In组分占比沿外延生长的方向逐渐升高；
沉积所述P型BInGaN层后在N2气氛下进行退火处理。
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P型BGaN层的Mg掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1020cm-3。
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P型BInGaN层的Mg掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1021cm-3。
4.如权利要求3所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述P型BInGaN层的Mg掺杂浓度沿外延生长的方向逐渐升高。
5.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1~4任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层和复合P型接触层；
所述复合P型接触层包括依次层叠于所述P型GaN层上的AlN层、P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层。
6.如权利要求5所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，沉积P型BInGaN层后在N2气氛下进行退火处理，退火处理的温度为500℃~900℃，退火处理的时间为1min~5min。
7.如权利要求5所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述AlN层的沉积温度为800℃~1000℃，沉积压力为100Torr~500Torr；
所述P型BGaN层的沉积温度为800℃~1000℃，沉积压力为50Torr~300Torr；
所述P型BInGaN层的沉积温度为800℃~1000℃，沉积压力为50Torr~300Torr；
所述Mg3N2层的沉积温度为650℃~850℃，沉积压力为50Torr~300Torr。
8.如权利要求5所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述AlN层的生长气氛为N2和NH3，通入N2和NH3的流量比为1:(1~20)；所述P型BGaN层、P型BInGaN层和Mg3N2层的生长气氛均为N2、H2和NH3，通入N2、H2和NH3的流量比为1:(1~20):(1~10)。
9.一种发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括如权利要求1~4中任一项所述的发光二极管外延片。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006108487A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | ▲さん▼圓光電股▲ふん▼有限公司 | 窒化ガリウム系発光ダイオード |
| WO2014184486A1 (fr) * | 2013-05-14 | 2014-11-20 | Aledia | Dispositif optoélectronique et son procédé de fabrication |
| KR20180040442A (ko) * | 2016-10-12 | 2018-04-20 | 한국산업기술대학교산학협력단 | 광소자 및 이의 제조방법 |
| CN110931605A (zh) * | 2018-09-20 | 2020-03-27 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种led外延接触层的生长方法 |
| CN113571612A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-29 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | Led外延结构及其应用以及包含该结构的发光二极管及其制备方法 |
| CN113594317A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-11-02 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 降低工作电压的紫外发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN115377263A (zh) * | 2022-10-25 | 2022-11-22 | 江西兆驰半导体有限公司 | 用于深紫外led的外延片及其制备方法、深紫外led |
| CN115775853A (zh) * | 2023-02-10 | 2023-03-10 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
| CN115832131A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-03-21 | 江西兆驰半导体有限公司 | 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、深紫外发光二极管 |
| CN116130572A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-05-16 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
| CN116387420A (zh) * | 2023-03-22 | 2023-07-04 | 江西兆驰半导体有限公司 | 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
| CN116504896A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-07-28 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
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Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006108487A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | ▲さん▼圓光電股▲ふん▼有限公司 | 窒化ガリウム系発光ダイオード |
| WO2014184486A1 (fr) * | 2013-05-14 | 2014-11-20 | Aledia | Dispositif optoélectronique et son procédé de fabrication |
| KR20180040442A (ko) * | 2016-10-12 | 2018-04-20 | 한국산업기술대학교산학협력단 | 광소자 및 이의 제조방법 |
| CN110931605A (zh) * | 2018-09-20 | 2020-03-27 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种led外延接触层的生长方法 |
| CN113594317A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-11-02 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 降低工作电压的紫外发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN113571612A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-29 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | Led外延结构及其应用以及包含该结构的发光二极管及其制备方法 |
| CN115377263A (zh) * | 2022-10-25 | 2022-11-22 | 江西兆驰半导体有限公司 | 用于深紫外led的外延片及其制备方法、深紫外led |
| CN115832131A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-03-21 | 江西兆驰半导体有限公司 | 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、深紫外发光二极管 |
| CN115775853A (zh) * | 2023-02-10 | 2023-03-10 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
| CN116387420A (zh) * | 2023-03-22 | 2023-07-04 | 江西兆驰半导体有限公司 | 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
| CN116130572A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-05-16 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
| CN116759508A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-09-15 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
| CN116504896A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-07-28 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
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