本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，尤其涉及一種發(fā)光二極管外延片及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)中，p型gan由于存在受主的鈍化與自補(bǔ)償效應(yīng)，導(dǎo)致其載流子濃度很低，也嚴(yán)重制約了gan材料的應(yīng)用與發(fā)展。到目前為止，工業(yè)化生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)室研究中，利用mocvd法生長(zhǎng)p型gan所采用的有較高摻雜效率的摻雜劑幾乎都是mg(即cp2mg，二茂鎂)。其中，mg原子進(jìn)入gan的晶格中，大部分mg原子會(huì)以取代ga原子的形式存在，只有很少的mg原子會(huì)以間隙原子的形式存在于gan的晶格間隙之中。由于mg原子最外層比ga原子最外層少一個(gè)電子，因此，mg原子會(huì)形成一個(gè)負(fù)電中心，成為受主。然而，一方面，mg受主的能級(jí)較深，約為170mev，室溫下mg的電離率只有1％左右；另一方面，gan材料體系中電子的遷移率遠(yuǎn)大于空穴的遷移率，有源區(qū)對(duì)電子限制能力減弱，部分電子可以從n型側(cè)穿過有源區(qū)進(jìn)入到p型側(cè)造成電子泄漏，有源區(qū)中電子和空穴匹配度下降，導(dǎo)致led器件效率下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有的技術(shù)現(xiàn)狀，提供一種發(fā)光二極管外延片及其制備方法。

2、本發(fā)明通過多層材料層的相互配合，有效減少mg的自補(bǔ)償效應(yīng)，提高活化mg濃度，提高空穴濃度，提高有效空穴注入效率，減少電子溢流，從而提高有源層中電子與空穴輻射復(fù)合效率，進(jìn)而提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

3、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

4、首先，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管外延片，包括襯底及設(shè)于所述襯底上的外延層，所述外延層包括沿外延方向依次沉積于所述襯底上的緩沖層、非摻雜gan層、n型層、有源層、電子阻擋層及p型層，

5、所述有源層與所述電子阻擋層之間設(shè)有空穴注入層，所述空穴注入層包括沿外延方向依次沉積的第一超晶格層、鎂碳共摻雜gan復(fù)合層及第二超晶格層，

6、所述第一超晶格層為由非故意摻雜mg的algan層與低摻mg的algan層交替層疊的周期性結(jié)構(gòu)，

7、所述第二超晶格層為由非故意摻雜mg的gan層與高摻mg的ingan層交替層疊的周期性結(jié)構(gòu)，

8、所述高摻mg的ingan層的mg摻雜濃度大于所述鎂碳共摻雜gan復(fù)合層的mg摻雜濃度，所述鎂碳共摻雜gan復(fù)合層的mg摻雜濃度大于所述低摻mg的algan層的mg摻雜濃度。

9、在一些實(shí)施例中，所述低摻mg的algan層中的mg摻雜濃度為1×1017cm-3～1×1018cm-3，所述高摻mg的ingan層的mg摻雜濃度為1×1020cm-3～1×1021cm-3。

10、在一些實(shí)施例中，所述鎂碳共摻雜gan復(fù)合層包括沿外延方向依次沉積于所述第一超晶格層上的第一鎂碳共摻雜gan層、第二鎂碳共摻雜gan層及第三鎂碳共摻雜gan層，

11、所述高摻mg的ingan層的mg摻雜濃度大于所述第二鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度，所述第二鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度大于所述第一鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度及所述第三鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度，所述第一鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度及所述第三鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度均大于所述低摻mg的algan層的mg摻雜濃度。

12、在一些實(shí)施例中，所述第一鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度及所述第三鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度均為1×1018cm-3～1×1019cm-3，所述第二鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度為1×1019cm-3～1×1020cm-3。

13、在一些實(shí)施例中，所述第一鎂碳共摻雜gan層、所述第二鎂碳共摻雜gan層及所述第三鎂碳共摻雜gan層的碳摻雜濃度為1×1017cm-3～8×1017cm-3。

14、在一些實(shí)施例中，所述第一鎂碳共摻雜gan層、第二鎂碳共摻雜gan層及第三鎂碳共摻雜gan層均設(shè)有v型坑，所述第二超晶格層中，最靠近所述第三鎂碳共摻雜gan層的所述非故意摻雜mg的gan層填充合并所述第三鎂碳共摻雜gan層上的v型坑。

15、在一些實(shí)施例中，所述第一超晶格層的周期數(shù)為1個(gè)～10個(gè)，所述低摻mg的algan層/所述非故意摻雜mg的algan層的厚度比值a為1≤a≤2，所述非故意摻雜mg的algan層及所述低摻mg的algan層中的al組分的占比為0.01～0.1。

16、在一些實(shí)施例中，所述第二超晶格層的周期數(shù)為1個(gè)～30個(gè)，所述高摻mg的ingan層/所述非故意摻雜mg的gan層的厚度比值b為1≤b≤2，所述高摻mg的ingan層中的in組分的占比為0.01～0.1。

17、其次，本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管外延片的制備方法，包括：

18、提供襯底，

19、在所述襯底上沉積外延層，

20、所述外延層包括沿外延方向依次沉積于所述襯底上的緩沖層、非摻雜gan層、n型層、有源層、電子阻擋層及p型層，

21、所述有源層與所述電子阻擋層之間設(shè)有空穴注入層，所述空穴注入層包括沿外延方向依次沉積的第一超晶格層、鎂碳共摻雜gan復(fù)合層及第二超晶格層，

22、所述第一超晶格層為由非故意摻雜mg的algan層與低摻mg的algan層交替層疊的周期性結(jié)構(gòu)，

23、所述第二超晶格層為由非故意摻雜mg的gan層與高摻mg的ingan層交替層疊的周期性結(jié)構(gòu)，

24、所述高摻mg的ingan層的mg摻雜濃度大于所述鎂碳共摻雜gan復(fù)合層的mg摻雜濃度，所述鎂碳共摻雜gan復(fù)合層的mg摻雜濃度大于所述低摻mg的algan層的mg摻雜濃度。

25、在一些實(shí)施例中，所述鎂碳共摻雜gan復(fù)合層包括沿外延方向依次沉積于所述第一超晶格層上的第一鎂碳共摻雜gan層、第二鎂碳共摻雜gan層及第三鎂碳共摻雜gan層，

26、所述高摻mg的ingan層的mg摻雜濃度大于所述第二鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度，所述第二鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度大于所述第一鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度及所述第三鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度，所述第一鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度及所述第三鎂碳共摻雜gan層的mg摻雜濃度均大于所述低摻mg的algan層的mg摻雜濃度。

27、本發(fā)明的有益效果在于：

28、本發(fā)明中，在有源層與電子阻擋層之間設(shè)置由第一超晶格層、鎂碳共摻雜gan復(fù)合層及第二超晶格層組成的空穴注入層，其中：

29、首先，第一超晶格層為由非故意摻雜mg的algan層與低摻mg的algan層交替層疊的周期性結(jié)構(gòu)，通過兩種材料的交替層疊，一方面，低摻mg的algan層中的空穴能夠擴(kuò)散到電離雜質(zhì)散射較弱的非故意摻雜mg的algan層中，相比于單獨(dú)設(shè)置低摻mg的algan材料層的結(jié)構(gòu)設(shè)置，這種交替層疊結(jié)構(gòu)具有更高的有效空穴遷移率，同時(shí)，低摻mg的algan層的mg摻雜濃度較低，能夠降低mg的自補(bǔ)償效應(yīng)；另一方面，這種交替層疊結(jié)構(gòu)能夠優(yōu)化能帶結(jié)構(gòu)，設(shè)于靠近有源層的位置，能夠有效減少電子溢流。

30、其次，在第一超晶格層上沉積鎂碳共摻雜gan復(fù)合層，且所述鎂碳共摻雜gan復(fù)合層的mg摻雜濃度大于所述低摻mg的algan層的mg摻雜濃度，也即，鎂碳共摻雜gan復(fù)合層提升了mg摻雜濃度，并引入c，一方面，mg摻雜濃度的提升能夠提高向有源層擴(kuò)散的空穴濃度，同時(shí)，c在材料層中形成的復(fù)合物表現(xiàn)出受主性質(zhì)，輔助補(bǔ)充空穴，進(jìn)一步增加空穴濃度，并減少mg在材料層中非理想絡(luò)合物的形成(表現(xiàn)出施主性質(zhì))，從而減少自補(bǔ)償中心的數(shù)量，有效降低mg的自補(bǔ)償效應(yīng)，同時(shí)，減少因mg的記憶效應(yīng)導(dǎo)致局部能帶彎曲、電場(chǎng)分布變化所帶來的電子溢流問題，有效減少電子溢流。

31、再者，外延層在經(jīng)第一超晶格層及鎂碳共摻雜gan復(fù)合層改善后，在鎂碳共摻雜gan復(fù)合層上沉積第二超晶格層，第二超晶格層為由非故意摻雜mg的gan層與高摻mg的ingan層交替層疊的周期性結(jié)構(gòu)，且高摻mg的ingan層的mg摻雜濃度大于鎂碳共摻雜gan復(fù)合層的mg摻雜濃度，將含有高摻mg摻雜濃度的材料層至于空穴注入層遠(yuǎn)離有源層的一側(cè)，既保證第二超晶格層在mg高摻雜時(shí)的晶體質(zhì)量，又提高了活化mg濃度，另外，mg的受主的能級(jí)較深(約為170mev)，而in原子可以降低mg的激活能，提高活化mg濃度。

32、由此，本發(fā)明通過多層材料層的相互配合，有效減少mg的自補(bǔ)償效應(yīng)，提高活化mg濃度，提高空穴濃度，提高有效空穴注入效率，減少電子溢流，從而提高有源層中電子與空穴輻射復(fù)合效率，進(jìn)而提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。