[发明专利]一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法，属于半导体技术领域。外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，所述N型半导体层包括多个未掺杂的氮化钪铝层和多个N型掺杂的氮化镓层，多个所述氮化钪铝层和多个所述氮化镓层交替层叠设置。本发明通过将未掺杂的氮化钪铝层和N型掺杂的氮化镓层交替层叠形成N型半导体层，氮化钪铝层和氮化镓层的交界面存在较强的二维电子气，可以有效提升电子的横向扩展能力，不需要再设置电流扩展层实现电子在N型半导体层中分布的均匀性和一致性，减少外延片的串联电阻，降低芯片的正向电压。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法。

背景技术

发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色的新型固态照明光源，LED正在被迅速广泛地应用在交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等领域。

氮化镓(GaN)具有良好的热导性能，同时具有耐高温、耐酸碱、高硬度等优良特性，使氮化镓(GaN)基LED受到越来越多的关注和研究。现有的氮化镓基LED外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，有源层用于进行电子和空穴的辐射复合发光，衬底用于为外延材料提供生长表面；衬底的材料通常选择蓝宝石，N型半导体层等的材料通常选择氮化镓，蓝宝石和氮化镓为异质材料，两者之间存在较大的晶格失配，缓冲层用于缓解衬底和N型半导体层之间的晶格失配。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

外延片进行芯片工艺形成的正装芯片或者倒装芯片中，N型半导体层中的电子是沿与外延片的层叠方向垂直的方向进行迁移。为了避免正装芯片或者倒装芯片的正向电压过高，N型半导体层通常会比较厚。但是这样在N型半导体层中重掺硅等N型掺杂剂时容易引入较多的缺陷和杂质，而引入的缺陷和杂质会影响到N型半导体层中电子的扩展，导致电子在N型半导体层中的分布不均匀，降低LED的发光效率。

为了实现电子在N型半导体层中分布的均匀性和一致性，一般会引入电流扩展层改善这种状况，如在N型半导体层和有源层之间设置低掺硅的氮化镓层。引入的电流扩展层有利于电子在N型半导体层中扩展，但是同时也会引入过多的串联电阻，造成芯片的正向电压升高。

发明内容

本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法，能够解决现有技术在不影响芯片正向电压的情况下提高N型半导体层中电子的扩展能力的问题。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，所述N型半导体层包括多个未掺杂的氮化钪铝层和多个N型掺杂的氮化镓层，多个所述氮化钪铝层和多个所述氮化镓层交替层叠设置。

可选地，所述氮化钪铝层为Sc_xAl_1-xN层，0＜x＜0.6。

可选地，所述氮化镓层的厚度为所述氮化钪铝层的厚度的5倍～20倍。

可选地，所述N型半导体层的厚度为0.5μm～5μm。

优选地，所述氮化钪铝层和所述氮化镓层的数量均为L个，10≤L≤30且L为整数。

更优选地，一个所述氮化钪铝层和一个所述氮化镓层的厚度之和为20nm～250nm。