[发明专利]一种发光二极管外延片及其生长方法

说明书

本发明公开了一种发光二极管外延片及其生长方法，属于半导体技术领域。所述发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层、低温P型层、电子阻挡层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层、所述低温P型层、所述电子阻挡层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述发光二极管外延片还包括依次层叠的第一插入层和第二插入层，所述第一插入层和所述第二插入层设置在所述有源层和所述低温P型层之间；所述第一插入层的材料采用未掺杂的氮化铝，所述第二插入层的材料采用P型掺杂的氮化铟镓。本发明通过在有源层和低温P型层之间依次设置未掺杂的氮化铝层和P型掺杂的氮化铟镓层，最终提高发光二极管的发光效率和光效。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其生长方法。

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。氮化镓(GaN)基材料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，广泛应用于各种波段的发光二极管。

发光二极管的核心组件是芯片，芯片包括外延片和设于外延片上的电极。现有的GaN基发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，有源层包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒。量子垒用于将电子和空穴限制在量子阱中，量子阱用于进行电子和空穴的复合发光，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，衬底用于为外延材料提供生长表面。

N型半导体提供的电子数量远大于P型半导体层提供的空穴数量，加上电子的体积远小于空穴的体积，导致注入有源层中的电子数量远大于空穴数量。为了避免N型半导体层提供的电子迁移到P型半导体层中与空穴进行非辐射复合，通常会在有源层和P型半导体层之间设置电子阻挡层，阻挡电子从有源层跃迁到P型半导体层。

电子阻挡层的材料通常选择氮化铝镓(AlGaN)，由于氮化铝镓需要在较高的生长温度下生成，因此电子阻挡层的生长温度通常较高。而量子阱的材料通常选择氮化铟镓(InGaN)，高温会造成铟原子从氮化铟镓中解析。所以如果电子阻挡层直接设置在有源层上，则电子阻挡层较高的生长温度会造成量子阱中的铟原子解析，进而影响量子阱中电子和空穴的复合效率，降低外延片的内量子效率，最终降低发光二极管的发光效率。为了减小电子阻挡层较高的生长温度对量子阱的影响，还会在有源层和电子阻挡层之间设置低温P型层，低温P型层的生长温度较低，可以对量子阱进行保护，避免电子阻挡层较高的生长温度影响到有源层。

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：

低温P型层和电子阻挡层的设置都会造成P型半导体层提供的空穴注入有源层所经过的路程变长。由于空穴的迁移能力较差，移动起来需要较高的能量，因此低温P型层和电子阻挡层的设置对P型半导体层提供的空穴注入有源层的影响较大，会减少P型半导体层注入有源层的空穴数量，降低量子阱中电子和空穴的复合效率，同时升高发光二极管的正向工作电压。

发明内容

本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其生长方法，能够解决现有技术降低电子和和空穴的复合效率，升高发光二极管的正向工作电压的问题。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层、低温P型层、电子阻挡层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层、所述低温P型层、所述电子阻挡层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述发光二极管外延片还包括依次层叠的第一插入层和第二插入层，所述第一插入层和所述第二插入层设置在所述有源层和所述低温P型层之间；所述第一插入层的材料采用未掺杂的氮化铝，所述第二插入层的材料采用P型掺杂的氮化铟镓。

可选地，所述有源层包括依次层叠的多个复合结构，每个所述复合结构包括依次层叠的量子阱和量子垒；所述量子阱的材料采用未掺杂的氮化铟镓，所述第二插入层中铟组分的含量小于所述量子阱中铟组分的含量。