[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。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、电子阻挡层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层、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，所述电子阻挡层包括氮化钪铝层。本发明通过将电子阻挡层的材料从氮化铝镓改为氮化钪铝，氮化钪铝的能级较高，可以有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射发光。同时氮化钪铝的晶格与氮化镓的晶格比较匹配，可以缓解蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷，提高电子阻挡层的晶体质量，可以保证电子阻挡层对电子的阻挡效果。

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。

N型半导体提供的电子数量远大于P型半导体层的空穴数量，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，可以阻挡电子从有源层跃迁到P型半导体层。

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：

电子阻挡层的材料采用氮化铝镓，理论上电子阻挡层中铝组分的含量越高，电子阻挡层的能级越高，电子阻挡能力越强。但是实际上蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷会随着外延生长而延伸并进行累积，延伸到电子阻挡层时累积的应力和缺陷已经比较严重，如果电子阻挡层中铝组分的含量太高，则会进一步加剧电子阻挡层中的应力和缺陷，导致电子阻挡层的晶体质量较差，造成电子阻挡层中存在漏电通道，无法有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射发光。而如果电子阻挡层中铝组分的含量较低，则电子阻挡层的能级较低，同样不能有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射发光，影响LED的内量子效率，最终降低LED的发光效率。

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，能够解决现有技术电子阻挡层无法有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射发光，最终降低LED的发光效率的问题。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、电子阻挡层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层、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，所述电子阻挡层包括氮化钪铝层。

可选地，所述电子阻挡层的厚度为15nm～80nm。

在本发明实施例一种可能的实现方式中，当所述电子阻挡层中氮化钪铝层的数量为一个时，所述氮化钪铝层为Sc_xAl_1-xN层，0.1＜x＜0.4。