[发明专利]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。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，有源层包括第一叠层结构、第二叠层结构、第三叠层结构和第四叠层结构，第一叠层结构的量子垒包括第一子层、第二子层和第三子层，第二叠层结构的量子垒包括第四子层和第五子层，第一子层、第三子层、第四子层、第四叠层结构的量子垒的材料均采用不掺杂的氮化镓，第二子层、第五子层、第三叠层结构的量子垒的材料均采用掺杂硅的氮化镓；第一叠层结构的量子垒中硅的平均掺杂浓度、第二叠层结构的量子垒中硅的平均掺杂浓度、第三叠层结构的量子垒中硅的掺杂浓度逐渐减小。本发明最终提高辐射复合效率。

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。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。LED的核心组件是芯片，提高芯片的发光效率是LED应用过程中不断追求的目标。

芯片包括外延片和设置在外延片上的电极。现有的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。有源层包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠设置。量子垒将N型半导体层提供的电子和P型半导体层提供的空穴限制在量子阱中进行复合发光，衬底提供外延生长的表面，缓冲层为外延生长提供成核中心。

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：

量子垒的材料通常采用掺杂硅的氮化镓，以破坏晶体中的线缺陷，同时扩展注入LED的电流，降低LED的工作电压。如果量子垒中掺杂高浓度的硅，虽然可以大大降低LED的工作电压，但是会影响外延片的晶体质量，导致LED的发光亮度降低。如果量子垒中掺杂低浓度的硅，则LED工作电压基本没有变化，无法起到降低LED工作电压的效果。因此，量子垒中硅的掺杂浓度很难同时兼顾外延片的晶体质量和LED的工作电压。

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，能够解决现有技术无法同时兼顾外延片的晶体质量和LED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、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；所述有源层包括依次层叠的第一叠层结构、第二叠层结构、第三叠层结构和第四叠层结构，所述第一叠层结构、所述第二叠层结构、所述第三叠层结构和所述第四叠层结构均包括至少一个量子阱和至少一个量子垒，所述量子阱和所述量子垒交替层叠设置；所述第一叠层结构的量子垒包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层，所述第二叠层结构的量子垒包括依次层叠的第四子层和第五子层，所述第一子层的材料、所述第三子层的材料、所述第四子层的材料、所述第四叠层结构的量子垒的材料均采用不掺杂的氮化镓，所述第二子层的材料、所述第五子层的材料、所述第三叠层结构的量子垒的材料均采用掺杂硅的氮化镓；所述第一叠层结构的量子垒中硅的平均掺杂浓度大于所述第二叠层结构的量子垒中硅的平均掺杂浓度，所述第二叠层结构的量子垒中硅的平均掺杂浓度大于所述第三叠层结构的量子垒中硅的掺杂浓度。

可选地，所述第一叠层结构的量子垒的数量大于所述第二叠层结构的量子垒的数量，所述第二叠层结构的量子垒的数量大于所述第三叠层结构的量子垒的数量，所述第三叠层结构的量子垒的数量大于所述第四叠层结构的量子垒的数量。

进一步地，所述第一叠层结构的量子垒的数量与所述第二叠层结构的量子垒的数量之差、所述第二叠层结构的量子垒的数量与所述第三叠层结构的量子垒的数量之差、所述第三叠层结构的量子垒的数量与所述第四叠层结构的量子垒的数量之差相等。