CN203503684U - 一种正装结构的发光二极管外延片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种正装结构的发光二极管外延片，属于半导体技术领域。外延片包括：衬底、以及依次层叠在衬底上的Al层、AlN成核层、未掺杂的GaN层、n型层、多量子阱层和p型层，外延片还包括设于n型层内的反射层，反射层为分布式布拉格结构，分布式布拉格结构的每一周期包括Al_xIn_yGa_1-x-yN层和层叠在Al_xIn_yGa_1-x-yN层上的Al_aIn_bGa_1-a-bN层，Al_xIn_yGa_1-x-yN层和Al_xIn_yGa_1-x-yN层均掺杂有Si，且Al_xIn_yGa_1-x-yN层和Al_aIn_bGa_1-a-bN层掺杂的Si的量不同。本实用新型通过反射层将多量子阱层发出的光反射回去，提高了发光效率。

Description

一种正装结构的发光二极管外延片

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种正装结构的发光二极管外延片。 

背景技术

发光二极管芯片是半导体晶片，是发光二极管的核心组件。后期工艺制作中，发光二极管芯片的芯片结构包括正装结构和垂直倒装结构。本专利主要针对正装结构的发光二极管芯片。一般地，正装结构的发光二极管芯片主要包括外延片以及设于外延片上的电极。 

其中，外延片主要包括衬底和外延层，外延层包括依次层叠在衬底上的Al层、AlN成核层、未掺杂的GaN层、n型层、多量子阱层和p型层。 

在实现本实用新型的过程中，设计人发现现有技术至少存在以下问题： 

现有的外延片中的多量子阱层在发光时，其射向衬底的光会被衬底吸收或是损耗在多量子阱层与衬底之间，降低了发光二极管的发光效率。 

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种正装结构的发光二极管外延片。所述技术方案如下： 

本实用新型实施例提供了一种正装结构的发光二极管外延片，所述外延片包括： 

衬底、以及依次层叠在所述衬底上的Al层、AlN成核层、未掺杂的GaN层、n型层、多量子阱层和p型层，所述外延片还包括设于所述n型层内的反射层，所述反射层为分布式布拉格结构，所述分布式布拉格结构的每一周期包括n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层和层叠在所述n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层上的n型Al_aIn_bGa_1-a-bN层，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤a≤1，0≤b≤1。 

优选地，所述分布式布拉格结构包括n个周期，10<n<100。 

优选地，所述n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层的厚度为d₁nm，所述n型Al_aIn_bGa_1-a-bN 层的厚度为d₂nm，且15<d₁<80，20<d₂<90。 

可选地，所述n型层包括设于所述未掺杂的GaN层上的第一子层和第二子层，所述反射层位于所述第一子层与所述第二子层之间。 

可选地，所述第一子层的厚度为1.2um，所述第二子层的厚度为1.5um。 

可选地，所述多量子阱层为超晶格结构，所述超晶格结构由InGaN层和GaN层交替层叠而成。 

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在n型层内设置反射层，该反射层是由n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层和n型Al_aIn_bGa_1-a-bN层构成的分布式布拉格结构，这样，多量子阱层发出的光在还未达到衬底之前，就能被该分布式布拉格结构反射回去，因此降低了光在多量子阱层与衬底之间的损耗，提高了发光二极管的发光效率。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1是本实用新型实施例提供的一种正装结构的发光二极管外延片的结构示意图。 

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。 

实施例 

本实用新型实施例提供了一种正装结构的发光二极管外延片，尤其适用于Si衬底的发光二极管，参见图1，该外延片包括：衬底11以及依次层叠在衬底上的Al层12、AlN成核层13、未掺杂的GaN层14、n型层、多量子阱层16和p型层17，该外延片还包括设于n型层内的反射层18，反射层18为分布式布拉格结构，该分布式布拉格结构的每一周期包括n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层181和层叠在n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层181上的n型Al_aIn_bGa_1-a-bN层182，其中，0≤x≤1， 0≤y≤1，0≤a≤1，0≤b≤1。 

n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层181和n型Al_aIn_bGa_1-a-bN层182均掺杂有Si，且n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层181与n型Al_aIn_bGa_1-a-bN层182掺杂的Si的量不同。 

需要说明的是，DBR（Distributed Bragg Reflection，分布式布拉格反射镜）结构，是由两种不同折射率的材料以ABAB的方式交替排列组成的周期结构，每一周期包括一层材料A和一层材料B，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。在本专利的DBR结构中，A具体指Al_xIn_yGa_1-x-yN层181，B具体指Al_aIn_bGa_1-a-bN层182。由于Si的折射率较高，在DBR的组成材料中掺杂Si后，可以提高DBR在光还未达到衬底之前就将光反射回去的能力。 

优选地，n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层181和n型Al_aIn_bGa_1-a-bN层182掺杂的Si的浓度均为5*10¹⁷/cm^-3～1*10²⁰/cm^-3。 

优选地，在本实施例中，分布式布拉格结构包括n个周期，10<n<100。由于在一定的周期内，周期越多，反射光的效果越好，通过将反射层18的周期数限定大于10个周期，是为了限制反射光的效果，是为了更好地释放应力；将周期数限定小于100个周期，可以控制反射层18的厚度，避免由于反射层18的厚度大而影响外延片的质量。 

优选地，在本实施例中，n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层181的厚度为d₁nm，n型Al_aIn_bGa_1-a-bN层182的厚度为d₂nm，且15<d₁<80，20<d₂<90。通过限定n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层181和n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层182的厚度，是为了保证反射层18的反射光的效果。 

具体地，本发明实施例提供的反射层18可以为20个周期的Al_0.05In_0.15Ga_0.8N/Al_0.15In_0.1Ga_0.75N的DBR层，其中，Al_0.05In_0.15Ga_0.8N层掺Si的浓度为5*10¹⁷/cm^-3，厚度为20nm，Al_0.15In_0.1Ga_0.75N层掺Si的浓度为1*10¹⁸/cm^-3，厚度为40nm； 

或者，反射层18可以30个周期的In_0.1Ga_0.9N/Al_0.1In_0.1Ga_0.8N的DBR层，其中，In_0.1Ga_0.9N层掺Si的浓度为5*10¹⁷/cm^-3，厚度为30nm，Al_0.1In_0.1Ga_0.8N层掺Si的浓度为1*10¹⁸/cm^-3，厚度为50nm； 

或者，反射层18可以为40个周期的In_0.1Ga_0.9N/Al_0.05Ga_0.95N的DBR层，其中，In_0.1Ga_0.9N层掺Si的浓度为5*10¹⁷/cm^-3，厚度为40nm，Al_0.05Ga_0.95N层掺Si的浓度为1*10¹⁸/cm^-3，厚度为60nm； 

或者，反射层18可以为50个周期的In_0.1Ga_0.9N/GaN的DBR层，其中，In_0.1Ga_0.9N层掺Si的浓度为5*10¹⁷/cm^-3，厚度为50nm，GaN层掺Si的浓度为5*10¹⁹/cm^-3，厚度为70nm； 

或者，反射层18可以为60个周期的GaN/Al_0.15Ga_0.85N的DBR层，其中，GaN层掺Si的浓度为1*10¹⁸/cm^-3，厚度为60nm，Al_0.15Ga_0.85N层掺Si的浓度为1*10¹⁹/cm^-3，厚度为80nm。 

可选地，在本实施例中，AlN成核层13的厚度可以为30nm，未掺杂的GaN层14的厚度可以为2um，p型层17的厚度可以为200nm。 

可选地，在本实施例中，n型层包括设于未掺杂的GaN层14上的第一子层151和第二子层152，反射层18位于第一子层151与第二子层152之间。由于反射层为掺杂Si的反射层，通过将反射层18设于n型层内，n型层的结构更加有利于Si的掺杂。 

具体地，在本实施例中，第一子层151可以为掺杂Si的GaN层，其厚度为1.2um，第二子层152也可以为掺杂Si的GaN层，其厚度为1.5um。 

可选地，在本实施例中，多量子阱层16为超晶格结构，该超晶格结构由InGaN层和GaN层交替层叠而成。 

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在n型层内设置反射层，该反射层是由n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层和n型Al_aIn_bGa_1-a-bN层构成的分布式布拉格结构，通过使x、y、a、b取不同的值，可以调整反射层的反射率，使得反射率更高，这样，多量子阱层发出的光在还未达到衬底之前，就能被该分布式布拉格结构反射回去，因此降低了光在多量子阱层与衬底之间的损耗，提高了光效，提高了发光二极管的发光效率； 

另外，该反射层由n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层和n型Al_aIn_bGa_1-a-bN层构成，可以有效减少衬底与n型层之间由于晶格失配而引入的缺陷，提高了材料的质量，并且该Al_xIn_yGa_1-x-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN构成的异质结构释放了从衬底到n型层之间的张应力和阻断穿透位错，提高了芯片的内量子效率； 

此外，反射层中n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层和n型Al_aIn_bGa_1-a-bN层都掺杂有Si，Si的掺杂可以更加有效地释放衬底与n型层之间的应力，因而能提高发光二极管的发光效率和亮度。另外，由于Si的折射率高，增强了反射层在光还未达到衬底之前就将光反射回去的能力。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种正装结构的发光二极管外延片，所述外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的Al层、AlN成核层、未掺杂的GaN层、n型层、多量子阱层和p型层，其特征在于，所述外延片还包括设于所述n型层内的反射层，所述反射层为分布式布拉格结构，所述分布式布拉格结构的每一周期包括n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层和层叠在所述n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层上的n型Al_aIn_bGa_1-a-bN层，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤a≤1，0≤b≤1。 

2.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述分布式布拉格结构包括n个周期，10<n<100。 

3.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述n型Al_xIn_yGa_1-x-yN层的厚度为d₁nm，所述n型Al_aIn_bGa_1-a-bN层的厚度为d₂nm，且15<d₁<80，20<d₂<90。 

4.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述n型层包括设于所述未掺杂的GaN层上的第一子层和第二子层，所述反射层位于所述第一子层与所述第二子层之间。 

5.根据权利要求4所述的外延片，其特征在于，所述第一子层的厚度为1.2um，所述第二子层的厚度为1.5um。 

6.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述多量子阱层为超晶格结构，所述超晶格结构由InGaN层和GaN层交替层叠而成。 

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