[发明专利]小间距发光二极管的外延片及其制造方法

说明书

本发明公开了一种小间距发光二极管的外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。外延片包括依次层叠的衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，有源层包括依次层叠的第一超晶格结构和第二超晶格结构，第一超晶格结构和第二超晶格结构中量子阱的材料采用氮化铟镓；第二超晶格结构中量子垒包括交替层叠的(n+1)个第一子层和n个第二子层，n为正整数，第一子层、第二子层和第一超晶格结构中量子垒的材料采用掺杂硅的氮化镓；第一子层中硅的掺杂浓度、第二子层中硅的掺杂浓度分别为第一超晶格结构中量子垒中硅的掺杂浓度的11倍～20倍、5倍～10倍。本发明发光波长在不同电流下的变化幅度较小，可满足影院HDR的显示要求。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种小间距发光二极管的外延片及其制造方法。

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、绿色的新型固态光源，LED不仅被迅速广泛地应用在如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观等照明领域，而且正在被应用在户内外显示屏和小间距显示屏等显示领域。

小间距显示屏是指LED点间距在P2.5以下的室内LED显示屏，采用像素级的点控技术，实现对显示屏像素单位的亮度、色彩的还原性和统一性的状态管控。小间距显示屏最大的竞争力在于显示屏完全无缝以及显示色彩的自然真实，可以用于显示影院播放的高动态范围图像(英文：high-dynamic range，简称：HDR)，要求在注入大小不同的电流实现发光强度的过程中，发光波长的变化幅度较小，相对比较稳定。

外延片是LED制作过程中的初级成品。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。衬底用于提供外延生长的表面，缓冲层用于提供外延生长的成核中心，N型半导体层用于提供复合发光的电子，P型半导体层用于提供复合发光的空穴，有源层用于进行电子和空穴的复合发光。有源层包括多个量子阱层和多个量子垒层，多个量子阱层和多个量子垒层交替层叠；量子垒层将注入有源层的电子和空穴限制在量子阱层中进行复合发光。

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：

量子阱层的材料采用氮化铟镓(InGaN)，量子垒层的材料采用未掺杂的氮化镓(GaN)。量子阱层和量子垒层采用的材料不同，两者之间存在晶格失配。晶格失配导致有源层内出现压电极化，产生量子限制斯塔克效应(英文：the quantum-confined starkeffect，简称：QCSE)，造成有源层的发光波长出现偏移。当通过改变注入电流的大小改变有源层的发光强度时，有源层的发光波长的偏移量不同，使得有源层的发光波长出现较大幅度的变化，影响影院HDR的显示效果，无法满足小间距显示屏的应用需要。

发明内容

本发明实施例提供了一种小间距发光二极管的外延片及其制造方法，可以减小有源层内的压电极化，解决现有技术有源层的发光波长在发光强度的变化过程中大幅波动的问题。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种小间距发光二极管的外延片，所述外延片包括衬底、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超晶格结构和第二超晶格结构，所述第一超晶格结构和所述第二超晶格结构均包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒；所述第一超晶格结构和所述第二超晶格结构中量子阱的材料采用氮化铟镓；所述第二超晶格结构中量子垒包括交替层叠的(n+1)个第一子层和n个第二子层，n为正整数，所述第一子层、所述第二子层和所述第一超晶格结构中量子垒的材料采用掺杂硅的氮化镓；所述第一子层中硅的掺杂浓度为所述第一超晶格结构中量子垒中硅的掺杂浓度的11倍～20倍，所述第二子层中硅的掺杂浓度为所述第一超晶格结构中量子垒中硅的掺杂浓度的5倍～10倍。

可选地，所述第一子层中硅的掺杂浓度沿所述有源层的层叠方向逐渐升高。