一种发光二极管的外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种发光二极管的外延结构及其制备方法，涉及二极管技术领域，应用于微型发光二极管或紫外发光二极管，该发光二极管的外延结构包括：衬底、缓冲层以及外延层；缓冲层设于衬底及外延层之间，缓冲层依次包括第一缓冲层、复合缓冲层及第二缓冲层，第一缓冲层设于衬底上，第一缓冲层为金属Ni，其通过PVD溅射方式生长形成厚度为5

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管的外延结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及二极管
，特别涉及一种发光二极管的外延结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断进步与发展，发光二极管已被广泛地应用于显示器和照明，发光二极管（LED）,是通过电子与空穴复合释放能量发光，其是通过电能转化光能，以实现发光二极管的发光，发光二极管工业量产主要是蓝绿光发光二极管。随着人们对发光二极管的显示亮度、对比度及分辨率要求越来越高，微型二极管及紫外二极管被高度关注，微型发光二极管（Micro LED），将发光二极管结构设计进行薄膜化、微小化与阵列化，将像素点距离从毫米级降低至微米级，其在亮度、对比度和可靠性等方面显示了巨大的优势，而紫外发光二极管（UV LED）,可发出波长约400nm的近紫外光的发光二极管，具有体积小，能耗低、寿命长等优势，被广泛应用于杀菌、照明、医疗、生化检测等领域。
[0003]目前比较常见的微型发光二极管与紫外发光二极管的主题材料为AlGaN系化合物半导体，由于缺乏与之相匹配的衬底材料，目前主要采用异质衬底包括蓝宝石、SiC和Si。由于在异质衬底上外延生长AlGaN系化合物半导体层时，AlGaN系化合物半导体层与衬底之间存在晶格失配与热失配，导致衬底与AlGaN系化合物半导体层的界面处具有大量的位错和缺陷，导致AlGaN材料的晶体质量及性能变差。
[0004]为了解决晶格失配和热失配问题，通常先在衬底上生长一层缓冲层，如GaN缓冲层，AlGaN缓冲层或AlN缓冲层，但是通过MOCVD方法得到的GaN缓冲层、AlGaN缓冲层、AlN缓冲层只能够一定程度上缓解晶格失配与热失配，只能满足普通的蓝绿光发光二极管的外延层，难以应用于晶体质量要求较高的微型发光二极管与紫外发光二极管。
[0005]因此，现有的发光二极管普遍存在晶格失配，造成后续外延生长的外延层晶体质量差的技术问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种发光二极管的外延结构及其制备方法，旨在解决现有技术中的晶格失配，造成后续外延生长的外延层晶体质量差的技术问题。
[0007]本专利技术的一方面在于提供一种发光二极管的外延结构，应用于微型发光二极管或紫外发光二极管，所述发光二极管的外延结构包括：衬底、缓冲层以及外延层；所述缓冲层设于所述衬底及所述外延层之间，所述缓冲层依次包括第一缓冲层、复合缓冲层及第二缓冲层，所述第一缓冲层设于所述衬底上，所述第一缓冲层为金属Ni，其通过PVD溅射方式生长形成厚度为5
‑
10nm的金属Ni薄膜层。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：通过本专利技术提供的一种发光二极管的
外延结构，在衬底上依次设有缓冲层，缓冲层依次包括第一缓冲层、复合缓冲层及第二缓冲层，第一缓冲层设于衬底上，第一缓冲层为金属Ni薄膜层，第一缓冲层与第二缓冲层在两层之间复合形成复合缓冲层，复合缓冲层的形成提高缓冲层整体的晶体质量以及浸润性，以利于后续外延层的成核生长，同时，该缓冲层可降低后续外延生长的外延层的成核功，以使后续外延生长的外延层更容易成核形成薄膜，从而提高后续外延生长的外延层的晶体质量，从而解决了普遍存在的晶格失配，造成后续外延生长的外延层晶体质量差的技术问题。
[0009]根据上述技术方案的一方面，所述第二缓冲层为AlGaN，其通过MOCVD方式外延生长形成厚度为50
‑
100nm的AlGaN薄膜层。
[0010]根据上述技术方案的一方面，所述第二缓冲层外延生长的AlGaN薄膜层，Al的组分占比在0.3
‑
1之间。
[0011]根据上述技术方案的一方面，所述第二缓冲层外延生长于所述第一缓冲层上，当所述第一缓冲层及第二缓冲层生长完成后，通过退火处理，在所述第一缓冲层与第二缓冲层之间形成所述复合缓冲层。
[0012]根据上述技术方案的一方面，所述复合缓冲层为Ni
‑
AlGaN合金，其通过在N2环境下退火处理5
‑
10min形成Ni
‑
AlGaN合金。
[0013]根据上述技术方案的一方面，所述外延层依次包括：未掺杂AlGaN层、N型掺杂AlGaN层、发光层、电子阻挡层、P型掺杂GaN层及接触层，所述未掺杂AlGaN层设于所述缓冲层上。
[0014]根据上述技术方案的一方面，所述发光层为多量子阱层结构，包括5
‑
12个周期GaN阱层与AlGaN垒层，其中，GaN阱层的厚度为2
‑
4nm，AlGaN垒层的厚度为8
‑
20nm，Al组分占比为0.1
‑
0.5。
[0015]根据上述技术方案的一方面，所述衬底为蓝宝石衬底。
[0016]本专利技术的另一方面在于提供一种发光二极管的制备方法，所述制备方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次外延生长第一缓冲层及第二缓冲层；对所述第一缓冲层与第二缓冲层进行退火处理，以在第一缓冲层与第二缓冲层之间形成复合缓冲层，其中，所述第一缓冲层为金属Ni，其通过PVD溅射方式生长形成厚度为5
‑
10nm的金属Ni薄膜层。
[0017]在所述第二缓冲层上外延生长后续外延层。
[0018]进一步说明，所述第一缓冲层生长步骤包括：将温度设置在400
‑
600℃之间，溅射功率设置在2000
‑
4000W之间，压力设置在1
‑
10Torr之间，在衬底上生长形成厚度为5
‑
10nm的金属Ni薄膜层。
附图说明
[0019]图1为本专利技术第一实施例中发光二极管的结构示意图；图2为本专利技术第一实施例中发光二极管的各层具体的结构示意图；图3为本专利技术第二实施例中发光二极管制备方法的流程图；附图标记说明：衬底100、缓冲层200、第一缓冲层210、复合缓冲层220、第二缓冲层230、外延层
300、未掺杂AlGaN层310、N型掺杂AlGaN层320、发光层330、电子阻挡层340、P型掺杂GaN层350、接触层360；以下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0020]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的若干实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0021]实施例一请参阅图1
‑
图2，所示为本专利技术第一实施例提供的一种发光二极管的外延结构，应用于微型发光二极管或紫外发光二极管，发光二极管的外延结构包括：衬底100、缓冲层200以及外延层300；其中，衬底100为后续外延层300生长的基板，用于支撑与固定后续生长的外延层300。其中，衬底100材料是照明领域技术发展的基石，是决定发光二极管颜色、亮度及寿命等性能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管的外延结构，应用于微型发光二极管或紫外发光二极管，其特征在于，所述发光二极管的外延结构包括：衬底、缓冲层以及外延层；所述缓冲层设于所述衬底及所述外延层之间，所述缓冲层依次包括第一缓冲层、复合缓冲层及第二缓冲层，所述第一缓冲层设于所述衬底上，所述第一缓冲层为金属Ni，其通过PVD溅射方式生长形成厚度为5
‑
10nm的金属Ni薄膜层。2.根据权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述第二缓冲层为AlGaN，其通过MOCVD方式外延生长形成厚度为50
‑
100nm的AlGaN薄膜层。3.根据权利要求2所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述第二缓冲层外延生长的AlGaN薄膜层，Al的组分占比在0.3
‑
1之间。4.根据权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述第二缓冲层外延生长于所述第一缓冲层上，当所述第一缓冲层及第二缓冲层生长完成后，通过退火处理，在所述第一缓冲层与第二缓冲层之间形成所述复合缓冲层。5.根据权利要求4所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述复合缓冲层为Ni
‑
AlGaN合金，其通过在N2环境下退火处理5
‑
10min形成Ni
‑
AlGaN合金。6.根据权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述外延层依次包括：未掺杂AlGaN层、...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡加辉，刘春杨，吕蒙普，金从龙，顾伟，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：