CN117637953A - 一种发光二极管外延片及其制备方法、led芯片 - 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芯片，涉及半导体器件技术领域，所述制备方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和复合P型接触层；所述复合P型接触层包括依次层叠于所述P型半导体层上的P型InxGa1‑xN层、BN层、N型GaN层、N型GaN层粗化层，所述P型InxGa1‑xN层、所述BN层与所述N型GaN层构成隧穿结；其中，x的取值范围为0.01‑0.3。本发明能够有效降低发光二极管与电极的接触电阻，提高发光二极管的出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、LED芯片。
背景技术
半导体材料是一类导电性能介于绝缘体和导体之间、在微电子器件和集成电路等领域具有广泛应用的电子材料。到目前为止，半导体材料经历了以硅和锗为代表的第一代半导体材料、以砷化镓和磷化铟为代表的第二代半导体材料以及以氮化镓、氧化锌和碳化硅为代表的第三代半导体材料三个发展阶段。其中，第三代半导体材料是当前国内外最为热门的研究领域。
要制备商品化、高性能的GaN基光电子器件,性能优良的低阻欧姆接触是关键工艺之一。特别是对GaN基发光二极管，高质量、低阻欧姆接触可获得低的阈值电流密度，延长器件寿命，改善器件性能。
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Mg，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，较容易吸收LED发出的光，导致发光二极管出光效率下降。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种发光二极管外延片及其制备方法、LED芯片，旨在降低发光二极管与电极的接触电阻，提高发光二极管的出光效率。
本发明的第一方面在于提供一种发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和复合P型接触层；
所述复合P型接触层包括依次层叠于所述P型半导体层上的P型InxGa1-xN层、BN层、N型GaN层、N型GaN层粗化层，所述P型InxGa1-xN层、所述BN层与所述N型GaN层构成隧穿结；
其中，x的取值范围为0.01-0.3。
根据上述技术方案的一方面，在生长所述P型InxGa1-xN层时，沉积气氛为N2/H2/NH3混合气氛，生长压力为50torr-500torr，生长温度为850℃-1050℃。
根据上述技术方案的一方面，所述P型InxGa1-xN层中掺杂有Mg元素，Mg掺杂浓度为1×1019atoms/cm3-1×1021atoms/cm3。
根据上述技术方案的一方面，在生长所述BN层时，沉积气氛为N2/NH3混合气氛，生长压力为50torr-500torr，生长温度为850℃-1050℃。
根据上述技术方案的一方面，在生长所述N型GaN层时，沉积气氛为N2/H2/NH3混合气氛,生长压力为50torr-500torr，生长温度为1000℃-1200℃。
根据上述技术方案的一方面，所述N型GaN层中掺杂有Si元素，Si掺杂浓度为1×1018atoms/cm3-1×1020atoms/cm3。
根据上述技术方案的一方面，所述复合P型接触层的制备，包括：
在第一生长条件下，在所述P型半导体层上生长P型InxGa1-xN层；
在第二生长条件下，在所述P型InxGa1-xN层上生长BN层；
在第三生长条件下，在所述BN层上生长N型GaN层；
在第四生长条件下，对所述N型GaN层进行粗化处理，以在所述N型GaN层的表面形成N型GaN层粗化层。
本发明的第二方面在于提供一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片由上述技术方案当中所述的发光二极管外延片的制备方法制备得到，包括：
衬底，以及依次层叠于所述衬底之上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和复合P型接触层；
所述复合P型接触层包含依次层叠于所述P型半导体层上的P型InxGa1-xN层、BN层、N型GaN层、N型GaN层粗化层，所述P型InxGa1-xN层、所述BN层与所述N型GaN层构成隧穿结；
其中，x的取值范围为0.01-0.3。
根据上述技术方案的一方面，所述P型InxGa1-xN层的厚度为1nm-10nm，所述BN层的厚度为1nm-10nm，所述N型GaN层的厚度为50nm-500nm，所述N型GaN层粗化层的厚度为5nm-50nm。
本发明的第三方面在于提供一种LED芯片，所述LED芯片包括上述技术方案当中所述的发光二极管外延片。
与现有技术相比，采用本发明所示的发光二极管外延片及其制备方法、LED芯片，有益效果在于：
在进行复合P型接触层的制作时，沉积P型InxGa1-xN层因为Mg的激活能较高，通过掺杂In可以降低Mg的激活能，提高P型InxGa1-xN层活化Mg的浓度，产生足够的空穴。而BN层作为电子隧穿通道，能够使电子从N型半导体层直接通过遂穿效应穿过BN层，同时可以使电流在BN层上均匀分布。且N型半导体层与BN层配合将产生极化作用，形成二维电子气，Si掺杂实现N型掺杂，费米能级处于简并态，和功函数相差不大的金属能带接触后达到热平衡状态其能带弯曲程度非常小，势垒高度和宽度非常小，电子可以轻易越过势垒或直接通过遂穿效应穿过半导体而不需要任何外界能量。则本实施例当中复合P型接触层中P型InxGa1-xN层/BN层/N型GaN层组成遂穿结，能够有效降低发光二极管的串联电阻，而N型GaN层粗化层可以改变光子的出射角度，增加出射光子数量，从而提高样品的发光强度，则本实施例能够有效降低发光二极管与电极的接触电阻，提高发光二极管的出光效率。
附图说明
本发明的上述与/或附加的方面与优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显与容易理解，其中：
图1为本发明实施例中发光二极管外延片制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中发光二极管外延片的结构示意图；
图3为本发明实施例中复合P型接触层的结构示意图；
附图符号说明：
衬底100、缓冲层200、非掺杂GaN层300、N型半导体层400、多量子阱层500、电子阻挡层600、P型半导体层700、复合P型接触层800、P型InxGa1-xN层810、BN层820、N型GaN层830、N型GaN层粗化层840。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征与优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。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。
本发明的第一方面在于提供一种发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和复合P型接触层；
所述复合P型接触层包括依次层叠于所述P型半导体层上的P型InxGa1-xN层、BN层、N型GaN层、N型GaN层粗化层，所述P型InxGa1-xN层、所述BN层与所述N型GaN层构成隧穿结；
其中，x的取值范围为0.01-0.3。
进一步地，在生长所述P型InxGa1-xN层时，沉积气氛为N2/H2/NH3混合气氛，生长压力为50torr-500torr，生长温度为850℃-1050℃。
进一步地，所述P型InxGa1-xN层中掺杂有Mg元素，Mg掺杂浓度为1×1019atoms/cm3-1×1021atoms/cm3。
进一步地，在生长所述BN层时，沉积气氛为N2/NH3混合气氛，生长压力为50torr-500torr，生长温度为850℃-1050℃。
进一步地，在生长所述N型GaN层时，沉积气氛为N2/H2/NH3混合气氛,生长压力为50torr-500torr，生长温度为1000℃-1200℃。
进一步地，所述N型GaN层中掺杂有Si元素，Si掺杂浓度为1×1018atoms/cm3-1×1020atoms/cm3。
进一步地，所述复合P型接触层的制备，包括：
在第一生长条件下，在所述P型半导体层上生长P型InxGa1-xN层；
在第二生长条件下，在所述P型InxGa1-xN层上生长BN层；
在第三生长条件下，在所述BN层上生长N型GaN层；
在第四生长条件下，对所述N型GaN层进行粗化处理，以在所述N型GaN层的表面形成N型GaN层粗化层。
本发明的第二方面在于提供一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片由上述技术方案当中所述的发光二极管外延片的制备方法制备得到，包括：
衬底，以及依次层叠于所述衬底之上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和复合P型接触层；
所述复合P型接触层包含依次层叠于所述P型半导体层上的P型InxGa1-xN层、BN层、N型GaN层、N型GaN层粗化层，所述P型InxGa1-xN层、所述BN层与所述N型GaN层构成隧穿结；
其中，x的取值范围为0.01-0.3。
进一步地，所述P型InxGa1-xN层的厚度为1nm-10nm，所述BN层的厚度为1nm-10nm，所述N型GaN层的厚度为50nm-500nm，所述N型GaN层粗化层的厚度为5nm-50nm。
本发明的第三方面在于提供一种LED芯片，所述LED芯片包括上述技术方案当中所述的发光二极管外延片。
与现有技术相比，采用本发明所示的发光二极管外延片及其制备方法、LED芯片，有益效果在于：
在进行复合P型接触层的制作时，沉积P型InxGa1-xN层因为Mg的激活能较高，通过掺杂In可以降低Mg的激活能，提高P型InxGa1-xN层活化Mg的浓度，产生足够的空穴。而BN层作为电子隧穿通道，能够使电子从N型半导体层直接通过遂穿效应穿过BN层，同时可以使电流在BN层上均匀分布。且N型半导体层与BN层配合将产生极化作用，形成二维电子气，Si掺杂实现N型掺杂，费米能级处于简并态，和功函数相差不大的金属能带接触后达到热平衡状态其能带弯曲程度非常小，势垒高度和宽度非常小，电子可以轻易越过势垒或直接通过遂穿效应穿过半导体而不需要任何外界能量。则本实施例当中复合P型接触层中P型InxGa1-xN层/BN层/N型GaN层组成遂穿结，能够有效降低发光二极管的串联电阻，而N型GaN层粗化层可以改变光子的出射角度，增加出射光子数量，从而提高样品的发光强度，则本实施例能够有效降低发光二极管与电极的接触电阻，提高发光二极管的出光效率。
实施例一
请参阅图1，所示为本发明第一实施例当中发光二极管外延片制备方法的流程示意图，该制备方法包括；
步骤S1，提供一衬底。
示例而言，衬底可以是蓝宝石衬底、SiO2蓝宝石复合衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底中的任意一种。
在本实施例当中，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。
在本实施例当中，该制备方法还包括：
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。
上述步骤，具体包括：
步骤S2，在衬底上沉积缓冲层。
示例而言，缓冲层的厚度为10nm-50nm，用于制作缓冲层的材料可以为AlN/GaN材料。
在本实施例当中，采用PVD设备在衬底之上沉积AlN缓冲层，其厚度为15nm，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和衬底之间因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，为后续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。
并且在本实施例当中，在沉积缓冲层之后，还需要对已沉积缓冲层的蓝宝石衬底进行预处理。
具体地，将已镀完AlN缓冲层的蓝宝石衬底转入MOCVD设备中，在H2气氛进行预处理1min-10min，处理温度为1000℃-1200℃，再对蓝宝石衬底进行氮化处理，提升AlN缓冲层的晶体质量，并且可以有效提高后续沉积GaN外延层的晶体质量。
在进行后续的外延生长时，采用中微A7 MOCVD(Metal-organic Chemical VaporDeposition金属有机气相沉积，简称MOCVD)设备，以高纯H2(氢气)、高纯N2(氮气)、高纯H2与高纯N2的混合气体中的任一种作为载气，以高纯NH3作为N源，以三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，以三甲基铟(TMIn)作为铟源，以三甲基铝(TMAl)作为铝源，以硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，以二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂进行外延生长。
步骤S3，在处理完的缓冲层上沉积非掺杂GaN层。
示例而言，非掺杂GaN层的生长温度为1050℃-1200℃，生长压力100torr-600torr，厚度为1μm-5μm。
在本实施例当中，非掺杂GaN层的生长温度1100℃，生长压力150torr，生长厚度2μm-3μm，其中，非掺杂GaN层的生长温度较高，压力较低，则制备得到的GaN的晶体质量较优，同时厚度随着GaN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，大大提高了LED的外延成本，因此目前LED外延片中，非掺杂GaN层通常生长2μm-3μm，不仅节约生产成本，又能保证GaN材料具有较高的晶体质量。
步骤S4，在非掺杂GaN层上沉积N型半导体层。
示例而言，N型半导体层的生长温度为1050℃-1200℃，生长压力为100torr-600torr，厚度为2μm-3μm，Si掺杂浓度为1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3。
在本实施例当中，N型半导体层的生长温度为1120℃，生长压力100torr，生长厚度为2μm-3μm，Si掺杂浓度为2.5×1019atoms/cm3，首先N型半导体层为LED发光提供了充足电子，其次N型半导体层的电阻率要比P型半导体层上的透明电极的电阻率高，因此足够的Si掺杂，可以有效的降低N型半导体层的电阻率，最后N型半导体层保持足够的厚度可以有效释放应力发光二极管的发光效率。
步骤S5，在N型半导体层上沉积多量子阱层。
示例而言，多量子阱层为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，堆叠周期数5-20个，其中InGaN量子阱层的生长温度为790℃-810℃，厚度为2nm-5nm，生长压力为50torr-300torr，AlGaN量子垒层的生长温度为800℃-900℃，厚度为5nm-15nm，生长压力为50torr-300torr，Al组分为0.01-0.1。
在本实施例当中，多量子阱层为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，堆叠周期数为10个，其中InGaN量子阱的生长温度为795℃，厚度为3.5nm，压力为200torr，In组分为0.15，AlGaN量子垒层的生长温度为855℃，厚度为9.8nm，生长压力为200torr，Al组分为0.05，其中，多量子阱层为电子和空穴复合的区域，合理的结构设计可以显著增加电子和空穴波函数交叠程度，从而提高LED器件的发光效率。
步骤S6，在多量子阱层上沉积电子阻挡层。
示例而言，电子阻挡层为AlInGaN，厚度为10nm-40nm，生长温度为900℃-1000℃,生长压力为100torr-300torr，其中Al组分浓度为0.01-0.1,In组分浓度为0.01-0.2。
在本实施例当中，电子阻挡层为AlInGaN，厚度为15nm，其中Al组分浓度0.05，In组分浓度为0.01，生长温度为965℃，生长压力为200torr，既可以有效地限制电子溢流，也可以减少对空穴的阻挡，提升空穴向多量子阱层的注入效率，减少载流子俄歇复合，提高发光二极管的发光效率。
步骤S7,在电子阻挡层上沉积P型半导体层。
示例而言，P型半导体层的生长温度为900℃-1050℃，厚度为10nm-50nm，生长压力为100torr-600torr,Mg掺杂浓度为1×1019atoms/cm3-1×1021atoms/cm3。
在本实施例当中，P型半导体层的生长温度为985℃，厚度为15nm，生长压力为200torr，Mg掺杂浓度为2×1020atoms/cm3，这是因为Mg掺杂浓度过高会破坏晶体质量，而掺杂浓度较低则会影响空穴浓度。同时，对于含V形坑的LED结构来说，P型半导体层保持较高的生长温度也有利于合并V形坑，得到表面光滑的LED外延片。
步骤S8，在P型半导体层上沉积复合P型接触层。
其中，所述复合P型接触层包括依次层叠的P型InxGa1-xN层、BN层、N型GaN层、N型GaN层粗化层，也就是在P型半导体层上依次制作P型InxGa1-xN层、BN层、N型GaN层、N型GaN层粗化层。
示例而言，在P型半导体层上沉积P型InxGa1-xN层,生长压力为50torr-500torr，生长温度为850℃-1050℃，沉积气氛为N2/H2/NH3混合气氛,In组分浓度为0.01-0.3，厚度为1nm-10nm，且P型掺杂Mg浓度为1×1019-1×1021atoms/cm3，这是因为Mg的激活能较高，通过掺杂In可以降低Mg的激活能，提高P型InxGa1-xN层活化Mg的浓度，产生足够的空穴。
进一步地，在P型InxGa1-xN层上沉积BN层,生长压力为50torr-500torr，生长温度为850℃-1050℃，沉积气氛为N2/NH3混合气氛,厚度1nm-10nm。该BN层作为电子隧穿通道，使电子可以从N型GaN层一侧直接通过遂穿效应穿过BN层，同时可以使电流在BN层上均匀分布。
进一步地，在BN层上沉积N型GaN层，生长压力50torr-500torr，温度1000℃-1200℃，沉积气氛为N2/H2/NH3混合气氛,厚度为50nm-500nm，Si掺杂浓度为1×1018atoms/cm3-1×1020atoms/cm3。N型GaN层与BN层配合将产生极化作用，形成二维电子气，Si掺杂实现N型掺杂，费米能级处于简并态，和功函数相差不大的金属能带接触后达到热平衡状态其能带弯曲程度非常小，势垒高度和宽度非常小，电子可以轻易越过势垒或直接通过遂穿效应穿过半导体而不需要任何外界能量。P型InxGa1-xN层/BN层/N型GaN层组成遂穿结，降低发光二极管的串联电阻。
进一步地，N型GaN层粗化层利用E-Beam设备在N型GaN层的表面淀积３nm的金属Ni薄膜，随后，在N2气氛中，在温度800℃下使用RTP处理２min，利用金属在高温下聚集的特点，形成Ni纳米岛状掩膜。接下来，用Cl2和BCl3作为刻蚀气体，利用电感耦合等离子体（ICP）刻蚀未被Ni金属掩膜覆盖的GaN，刻蚀时间为5s-50s，刻蚀功率为450Ｗ，刻蚀去除表面约5nm-50nm厚的N型GaN层，以获得粗糙的N型GaN层粗化层。该N型GaN层粗化层可以改变光子的出射角度，增加出射光子数量，从而提高发光强度。
在本实施例当中，在P型半导体层上沉积P型InxGa1-xN层,生长压力为200torr，生长温度为895℃，沉积气氛为N2/H2/NH3混合气氛,In组分浓度为0.1，厚度为7nm，P型掺杂Mg浓度为1×1020atoms/cm3。在P型InxGa1-xN层上沉积BN层,生长压力为200torr，生长温度为900℃，沉积气氛为N2/NH3混合气氛,厚度为5nm。在BN层上沉积N型GaN层，生长压力为200torr，温度为1100℃，沉积气氛为N2/H2/NH3混合气氛,厚度为200nm，Si掺杂浓度为5×1019atoms/cm3。N型GaN层粗化层利用E-Beam设备在N型GaN层表面淀积３nm的金属Ni薄膜，随后，在N2气氛中，在温度800℃下使用RTP处理２min，利用金属在高温下聚集的特点，形成Ni纳米岛状掩膜。接下来，用Cl2和BCl3作为刻蚀气体，利用电感耦合等离子体（ICP）刻蚀未被Ni金属掩膜覆盖的GaN，刻蚀时间为15s，刻蚀功率为450Ｗ，刻蚀去除表面约35nm厚的N型GaN层，以获得粗糙的N型GaN层粗化层。
请参阅图2与图3，本实施例还提供了一种LED芯片，包括本实施例当中所示的发光二极管外延片，以及对应的芯片结构。
在本实施例当中，该外延片包括：
衬底100，以及依次层叠于所述衬底之上的缓冲层200、非掺杂GaN层300、N型半导体层400、多量子阱层500、电子阻挡层600、P型半导体层700、复合P型接触层800；
所述复合P型接触层800包含依次层叠于所述P型半导体层700上的P型InxGa1-xN层、BN层、N型GaN层、N型GaN层粗化层，所述P型InxGa1-xN层、所述BN层与所述N型GaN层构成隧穿结；
其中，x的取值范围为0.1。
进一步地，所述P型InxGa1-xN层的厚度为7nm，所述BN层的厚度为5nm，所述N型GaN层的厚度为165nm，所述N型GaN层粗化层的厚度为35nm，且N型GaN层与N型GaN层粗化层的厚度和为N型GaN层的初始厚度，则N型GaN层的初始厚度为200nm。
进一步地，所述P型InxGa1-xN层中Mg掺杂浓度为1×1020atoms/cm3，所述N型GaN层中Si掺杂浓度为5×1019atoms/cm3。
将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升5%，其他项电学性能良好。
与现有技术相比，采用本实施例当中所示的发光二极管外延片及其制备方法、LED芯片，有益效果在于：
在进行复合P型接触层的制作时，沉积P型InxGa1-xN层因为Mg的激活能较高，通过掺杂In可以降低Mg的激活能，提高P型InxGa1-xN层活化Mg的浓度，产生足够的空穴。而BN层作为电子隧穿通道，能够使电子从N型半导体层直接通过遂穿效应穿过BN层，同时可以使电流在BN层上均匀分布。且N型半导体层与BN层配合将产生极化作用，形成二维电子气，Si掺杂实现N型掺杂，费米能级处于简并态，和功函数相差不大的金属能带接触后达到热平衡状态其能带弯曲程度非常小，势垒高度和宽度非常小，电子可以轻易越过势垒或直接通过遂穿效应穿过半导体而不需要任何外界能量。则本实施例当中复合P型接触层中P型InxGa1-xN层/BN层/N型GaN层组成遂穿结，能够有效降低发光二极管的串联电阻，而N型GaN层粗化层可以改变光子的出射角度，增加出射光子数量，从而提高样品的发光强度，则本实施例能够有效降低发光二极管与电极的接触电阻，提高发光二极管的出光效率。
实施例二
在本实施例当中，P型InxGa1-xN层的厚度为1nm，BN层的厚度为3nm，N型GaN层的厚度为165nm，N型GaN层粗化层的厚度为35nm。
其中，P型InxGa1-xN层中In组分为0.1，P型InxGa1-xN层中Mg掺杂浓度为1×1020atoms/cm3，N型GaN层中Si掺杂浓度为5×1019atoms/cm3。
采用本实施例当中所示制备方法制作得到的外延片进行芯片制作，将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升3.5%，其他项电学性能良好。
实施例三
在本实施例当中，P型InxGa1-xN层的厚度为10nm，BN层的厚度为8nm，N型GaN层的厚度为165nm，N型GaN层粗化层的厚度为35nm。
其中，P型InxGa1-xN层中In组分为0.1，P型InxGa1-xN层中Mg掺杂浓度为1×1020atoms/cm3，N型GaN层中Si掺杂浓度为5×1019atoms/cm3。
采用本实施例当中所示制备方法制作得到的外延片进行芯片制作，将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升2.8%，其他项电学性能良好。
实施例四
在本实施例当中，P型InxGa1-xN层的厚度为7nm，BN层的厚度为5nm，N型GaN层的厚度为450nm，N型GaN层粗化层的厚度为45nm。
其中，P型InxGa1-xN层中In组分为0.1，P型InxGa1-xN层中Mg掺杂浓度为1×1020atoms/cm3，N型GaN层中Si掺杂浓度为5×1019atoms/cm3。
采用本实施例当中所示制备方法制作得到的外延片进行芯片制作，将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升4.3%，其他项电学性能良好。
实施例五
在本实施例当中，P型InxGa1-xN层的厚度为7nm，BN层的厚度为5nm，N型GaN层的厚度为100nm，N型GaN层粗化层的厚度为15nm。
其中，P型InxGa1-xN层中In组分为0.1，P型InxGa1-xN层中Mg掺杂浓度为1×1020atoms/cm3，N型GaN层中Si掺杂浓度为5×1019atoms/cm3。
采用本实施例当中所示制备方法制作得到的外延片进行芯片制作，将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升1.8%，其他项电学性能良好。
实施例六
在本实施例当中，P型InxGa1-xN层的厚度为7nm，BN层的厚度为5nm，N型GaN层的厚度为165nm，N型GaN层粗化层的厚度为35nm。
其中，P型InxGa1-xN层中In组分为0.2，P型InxGa1-xN层中Mg掺杂浓度为1×1020atoms/cm3，N型GaN层中Si掺杂浓度为5×1019atoms/cm3。
采用本实施例当中所示制备方法制作得到的外延片进行芯片制作，将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升2.8%，其他项电学性能良好。
实施例七
在本实施例当中，P型InxGa1-xN层的厚度为7nm，BN层的厚度为5nm，N型GaN层的厚度为165nm，N型GaN层粗化层的厚度为35nm。
其中，P型InxGa1-xN层中In组分为0.1，P型InxGa1-xN层中Mg掺杂浓度为5×1020atoms/cm3，N型GaN层中Si掺杂浓度为5×1019atoms/cm3。
采用本实施例当中所示制备方法制作得到的外延片进行芯片制作，将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升3.6%，其他项电学性能良好。
实施例八
在本实施例当中，P型InxGa1-xN层的厚度为7nm，BN层的厚度为5nm，N型GaN层的厚度为165nm，N型GaN层粗化层的厚度为35nm。
其中，P型InxGa1-xN层中In组分为0.1，P型InxGa1-xN层中Mg掺杂浓度为5×1019atoms/cm3，N型GaN层中Si掺杂浓度为5×1019atoms/cm3。
采用本实施例当中所示制备方法制作得到的外延片进行芯片制作，将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升2.5%，其他项电学性能良好。
实施例九
在本实施例当中，P型InxGa1-xN层的厚度为7nm，BN层的厚度为5nm，N型GaN层的厚度为165nm，N型GaN层粗化层的厚度为35nm。
其中，P型InxGa1-xN层中In组分为0.1，P型InxGa1-xN层中Mg掺杂浓度为1×1020atoms/cm3，N型GaN层中Si掺杂浓度为1×1019atoms/cm3。
采用本实施例当中所示制备方法制作得到的外延片进行芯片制作，将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升4.0%，其他项电学性能良好。
实施例十
在本实施例当中，P型InxGa1-xN层的厚度为7nm，BN层的厚度为5nm，N型GaN层的厚度为165nm，N型GaN层粗化层的厚度为35nm。
其中，P型InxGa1-xN层中In组分为0.1，P型InxGa1-xN层中Mg掺杂浓度为1×1020atoms/cm3，N型GaN层中Si掺杂浓度为1×1020atoms/cm3。
采用本实施例当中所示制备方法制作得到的外延片进行芯片制作，将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升2.2%，其他项电学性能良好。
对比例一
本发明的第一对比例同样提供了一种发光二极管外延片，与第一实施例采用同样的制作工艺进行外延及芯片制作，不同之处在于：
在本对比例当中，无P型InxGa1-xN层。
采用本对比例当中所示制备方法制作得到的外延片进行芯片制作，将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升0.6%，其他项电学性能良好。
对比例二
本发明的第二对比例同样提供了一种发光二极管外延片，与第一实施例采用同样的制作工艺进行外延及芯片制作，不同之处在于：
在本对比例当中，无BN层。
采用本对比例当中所示制备方法制作得到的外延片进行芯片制作，将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升1.0%，其他项电学性能良好。
对比例三
本发明的第三对比例同样提供了一种发光二极管外延片，与第一实施例采用同样的制作工艺进行外延及芯片制作，不同之处在于：
在本对比例当中，无N型GaN层，则对应没有N型GaN层粗化层。
采用本对比例当中所示制备方法制作得到的外延片进行芯片制作，将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升0.5%，其他项电学性能良好。
对比例四
本发明的第四对比例同样提供了一种发光二极管外延片，与第一实施例采用同样的制作工艺进行外延及芯片制作，不同之处在于：
在本对比例当中，有N型GaN层，但无N型GaN层粗化层，即没有对N型GaN层进行粗化处理。
采用本对比例当中所示制备方法制作得到的外延片进行芯片制作，将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，其中A样品为目前量产制备得到的芯片，B样品为本实施例制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60 mA电流下测试，相较于A样品，B样品的光电效率提升0.8%，其他项电学性能良好。
请参阅表1，表1为本发明实施例一至实施例十以及对比例一至对比例四的参数对照表。
表1
根据表1、实施例一至实施例十以及对比例一至对比例四可知，通过在P型半导体层上设置P型复合接触层，包括P型InxGa1-xN层、BN层、N型GaN层、N型GaN层粗化层，通过如此设置，能够有效降低发光二极管与电极的接触电阻，提升发光二极管的出光效率，相较于现有技术，其光效提升十分明显，同样，相较于采用本发明部分技术方案的对比例而言，在光效提升方面也存在十分明显的优势。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体与详细，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与改进，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)
1.一种发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和复合P型接触层；
所述复合P型接触层包括依次层叠于所述P型半导体层上的P型InxGa1-xN层、BN层、N型GaN层、N型GaN层粗化层，所述P型InxGa1-xN层、所述BN层与所述N型GaN层构成隧穿结；
其中，x的取值范围为0.01-0.3。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，在生长所述P型InxGa1-xN层时，沉积气氛为N2/H2/NH3混合气氛，生长压力为50torr-500torr，生长温度为850℃-1050℃。
3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述P型InxGa1-xN层中掺杂有Mg元素，Mg掺杂浓度为1×1019atoms/cm3-1×1021atoms/cm3。
4.根据权利要求1所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，在生长所述BN层时，沉积气氛为N2/NH3混合气氛，生长压力为50torr-500torr，生长温度为850℃-1050℃。
5.根据权利要求1所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，在生长所述N型GaN层时，沉积气氛为N2/H2/NH3混合气氛,生长压力为50torr-500torr，生长温度为1000℃-1200℃。
6.根据权利要求5所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述N型GaN层中掺杂有Si元素，Si掺杂浓度为1×1018atoms/cm3-1×1020atoms/cm3。
7.根据权利要求1-6任一项所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述复合P型接触层的制备，包括：
在第一生长条件下，在所述P型半导体层上生长P型InxGa1-xN层；
在第二生长条件下，在所述P型InxGa1-xN层上生长BN层；
在第三生长条件下，在所述BN层上生长N型GaN层；
在第四生长条件下，对所述N型GaN层进行粗化处理，以在所述N型GaN层的表面形成N型GaN层粗化层。
8.一种发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片由权利要求1-7任一项所述的发光二极管外延片的制备方法制备得到，包括：
衬底，以及依次层叠于所述衬底之上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和复合P型接触层；
所述复合P型接触层包含依次层叠于所述P型半导体层上的P型InxGa1-xN层、BN层、N型GaN层、N型GaN层粗化层，所述P型InxGa1-xN层、所述BN层与所述N型GaN层构成隧穿结；
其中，x的取值范围为0.01-0.3。
9.根据权利要求8所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述P型InxGa1-xN层的厚度为1nm-10nm，所述BN层的厚度为1nm-10nm，所述N型GaN层的厚度为50nm-500nm，所述N型GaN层粗化层的厚度为5nm-50nm。
10.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括权利要求8-9任一项所述的发光二极管外延片。
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