一种LED外延片及其制备方法、LED芯片与流程

本发明涉及半导体器件，特别涉及一种led外延片及其制备、led芯片。

背景技术：

1、led芯片是一种能发光的半导体电子元件，具有体积小、亮度高、能耗小等特点，被广泛应用于照明等领域。led芯片由led外延片裂片得到。led外延片是一种固体光源，它是利用半导体p-n结制成的发光器件。在正向电流导通时，半导体中的少数载流子（即电子）和多数载流子（即空穴）复合，释放出的能量以光子或部分以光子的形式发射出来。led外延片照明具有高效、节能、环保和使用寿命长等显著优点，已经被广泛应用于路灯、显示屏、室内照明和汽车灯等各个方面。考虑到光效是led外延片竞争力最重要的衡量指标，如何能在现有技术的基础上提升led外延片的光效，是增加led外延片竞争力的永恒话题。

2、目前，常使用蓝宝石、硅或碳化硅等材料作为衬底。随着应用领域的不断增加，对led芯片不光看重亮度，更重视光效。而工作电压是影响光效非常重要的参数，因此降低led芯片的工作电压成为当前的重点技术瓶颈，而现有的外延片中电流存在垂直行进，导致电流过于集中影响工作电压的问题，从而导致led芯片中的工作电压过高，影响外延片的光效。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种led外延片及其制备方法、led芯片，解决现有技术中的led外延片光效不佳的问题。

2、本发明提供一种led外延片，包括n型半导体层、应力释放层、发光层、电子阻挡层、p型半导体层和接触扩展层，所述接触扩展层为周期性交叠结构，包括依次层叠设置的n型gan层、第一非掺杂gan层和p型gan层，所述n型gan层为si掺杂的n型掺杂层，所述p型gan层为mg掺杂的p型掺杂层。

3、本发明通过在p型半导体层上设置接触扩展层，通过接触扩展层实现电流扩展和欧姆接触的效果，进而既保证了外延片上电流的横向扩展，提高外延片的光效，又保证电流能够顺畅地流入和流出外延片。具体的，接触扩展层包括n型gan层、第一非掺杂gan层和p型gan层，其中，n型掺杂的gan层产生电子，p型掺杂的gan层产生空穴，在通电的情况下会在未掺杂的gan层中复合耗尽，在一定程度上减缓电流的垂直行进，使得电流横向扩展，电流扩展的改善可以改善芯片的发光分布，使得发光均匀同时降低工作电压，提高光效。且n型gan层、第一非掺杂gan层和p型gan层构成pn结结构，即在电流扩展层中实现了pn结，从而通过各层的分布也实现了欧姆接触的效果，保证了电流可以顺畅地流入和流出外延片。因此，本发明解决了现有技术中的led外延片光效不佳的问题。

4、优选地，所述接触扩展层的单个周期内，所述n型gan层、所述第一非掺杂gan层的厚度和所述p型gan层的厚度均为0.5nm-2nm。

5、优选地，所述n型gan层中si的掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1018cm-3，所述p型gan层中mg的掺杂浓度为1×1020cm-3-1×1021cm-3。

6、优选地，所述接触扩展层的周期数为1-5。

7、优选地，所述led外延片还包括衬底，以及依次层叠于所述衬底上aln层、缓冲层、三维gan层和第二非掺杂gan层；

8、其中，n型半导体层、应力释放层、发光层、电子阻挡层、p型半导体层和接触扩展层依次层叠于第二非掺杂gan层上。

9、本发明还提供一种led外延片的制备方法，方法包括：

10、提供一半成品外延片；

11、在所述半成品外延片上依次生长n型半导体层、应力释放层、发光层、电子阻挡层、p型半导体层和接触扩展层；

12、其中，所述接触扩展层为周期性交叠结构，包括依次层叠设置的n型gan层、第一非掺杂gan层和p型gan层，所述n型gan层为si掺杂的n型掺杂层，所述p型gan层为mg掺杂的p型掺杂层。

13、优选地，所述在所述半成品外延片上依次生长n型半导体层、应力释放层和发光层的步骤包括：

14、所述在所述半成品外延片上依次生长n型半导体层、应力释放层、发光层、电子阻挡层、p型半导体层和接触扩展层的步骤包括：

15、将所述半成品外延片置于mocvd设备中，依次在所述半成品外延片上生长n型半导体层、应力释放层、发光层、电子阻挡层、p型半导体层和接触扩展层，

16、其中，生长所述接触扩展层时，生长温度为900℃-1000℃，mo源为tega，通入气体为n2、h2和nh3，nh3作为反应气体，n2和h2作为载气，生长压力为100torr-300torr。

17、优选地，所述接触扩展层的周期数为1-5，单个周期内，所述n型gan层、所述第一非掺杂gan层的厚度和所述p型gan层的厚度均为0.5nm-2nm。

18、优选地，生长所述接触扩展层中的n型gan层时，采用sih4源为n型掺杂，掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1018cm-3，生长所述接触扩展层中的p型gan层时，采用cp2mg源为p型掺杂，掺杂浓度为1×1020cm-3-1×1021cm-3。

19、本发明还提供一种包括上述led外延片的led芯片。

技术特征：

1.一种led外延片，其特征在于，包括n型半导体层、应力释放层、发光层、电子阻挡层、p型半导体层和接触扩展层，所述接触扩展层为周期性交叠结构，包括依次层叠设置的n型gan层、第一非掺杂gan层和p型gan层，所述n型gan层为si掺杂的n型掺杂层，所述p型gan层为mg掺杂的p型掺杂层。

2.根据权利要求1所述的led外延片，其特征在于，所述接触扩展层的单个周期内，所述n型gan层、所述第一非掺杂gan层的厚度和所述p型gan层的厚度均为0.5nm-2nm。

3.根据权利要求2所述的led外延片，其特征在于，所述n型gan层中si的掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1018cm-3，所述p型gan层中mg的掺杂浓度为1×1020cm-3-1×1021cm-3。

4.根据权利要求1所述的led外延片，其特征在于，所述接触扩展层的周期数为1-5。

5.根据权利要求1所述的led外延片，其特征在于，所述led外延片还包括衬底，以及依次层叠于所述衬底上的aln层、缓冲层、三维gan层和第二非掺杂gan层；

6.一种led外延片的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至5任一项所述的led外延片，所述制备方法包括：

7.根据权利要求6所述的led外延片的制备方法，其特征在于，所述在所述半成品外延片上依次生长n型半导体层、应力释放层、发光层、电子阻挡层、p型半导体层和接触扩展层的步骤包括：

8.根据权利要求7所述的led外延片的制备方法，其特征在于，所述接触扩展层的周期数为1-5，单个周期内，所述n型gan层、所述第一非掺杂gan层的厚度和所述p型gan层的厚度均为0.5nm-2nm。

9.根据权利要求8所述的led外延片的制备方法，其特征在于，生长所述接触扩展层中的n型gan层时，采用sih4源为n型掺杂，掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1018cm-3，生长所述接触扩展层中的p型gan层时，采用cp2mg源为p型掺杂，掺杂浓度为1×1020cm-3-1×1021cm-3。

10.一种led芯片，其特征在于，所述led芯片包括权利要求1至5任一项中所述的led外延片。

技术总结
本发明提供一种LED外延片及其制备方法、LED芯片，属于半导体器件领域，其中LED外延片包括N型半导体层、应力释放层、发光层、电子阻挡层、P型半导体层和接触扩展层，所述接触扩展层为周期性交叠结构，包括依次层叠设置的N型GaN层、第一非掺杂GaN层和P型GaN层，所述N型GaN层为Si掺杂的N型掺杂层，所述P型GaN层为Mg掺杂的P型掺杂层，所述N型GaN层中Si的掺杂浓度为1×10<supgt;17</supgt;cm<supgt;‑3</supgt;‑1×10<supgt;18</supgt;cm<supgt;‑3</supgt;，所述P型GaN层中Mg的掺杂浓度为1×10<supgt;20</supgt;cm<supgt;‑3</supgt;‑1×10<supgt;21</supgt;cm<supgt;‑3，</supgt;单个周期内，所述N型GaN层、所述N型GaN层的厚度和所述N型GaN层的厚度均为0.5nm‑2nm。本发明中的LED外延片解决了现有技术中的LED外延片光效不佳的问题。

技术研发人员：胡加辉,刘春杨,金从龙,顾伟
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5