发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管，涉及半导体光电器件领域。发光二极管外延片包括衬底和依次设于衬底上的缓冲层、U

【技术实现步骤摘要】
发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管。

技术介绍

[0002]常见的GaN基发光二极管中，一般以InGaN（量子阱层）/GaN（量子垒层）作为有源层，但是由于量子阱层和量子垒层之间存在严重的晶格失配，并且量子阱层需要较高In组分掺杂，通常生长温度较低，缺陷增加，所以多量子阱存在严重的压电极化，量子阱层中也存在极大的应力，这就导致多量子阱能带的倾斜，从而电子和空穴经过量子阱区时会造成严重的空间分离，产生量子限制斯塔克效应（QCSE），降低了发光二极管的发光效率。另一方面，在传统的发光二极管中，由于Mg的活化困难，导致空穴浓度较低，从而在有源层，通常存在空穴不足的现象，这也降低了发光二极管的发光效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种高光效发光二极管外延片及其制备方法，其可提升发光二极管的光效。
[0004]本专利技术还要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管，其光效高。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术公开了一种发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、U
‑
GaN层、N
‑
GaN层、有源层、电子阻挡层和P
‑
GaN层，所述有源层包括多个交替层叠的量子阱层和量子垒层；所述量子阱层包括依次层叠的第一量子阱子层、第二量子阱子层和第三量子阱子层；其中，所述第一量子阱子层为N
>‑
InGaN层，所述第二量子阱子层为多个交替层叠的InAlGaN层和InN层形成的周期性结构，所述第三量子阱子层为P
‑
InGaN层。
[0006]作为上述技术方案的改进，所述第一量子阱子层中In组分的占比为0.05
‑
0.1，所述第一量子阱子层的掺杂元素为Si，掺杂浓度为5
×
10
15
‑1×
10
16
cm
‑3。
[0007]作为上述技术方案的改进，所述InAlGaN层中In组分的占比为0.1
‑
0.2，Al组分的占比为0.02
‑
0.5，所述InN层中In组分的占比为0.2
‑
0.5。
[0008]作为上述技术方案的改进，所述第三量子阱子层中In组分的占比为0.05
‑
0.1，所述第三量子阱子层的掺杂元素为Mg，掺杂浓度为5
×
10
15
‑1×
10
17
cm
‑3。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述第一量子阱子层的厚度为0.3
‑
4nm，所述第三量子阱子层的厚度为0.3
‑
4nm；所述第二量子阱子层的周期数为2
‑
6个，其中，单个InAlGaN层的厚度为0.1
‑
1nm，单个InN层的厚度为0.1
‑
1nm。
[0010]作为上述技术方案的改进，所述第一量子阱子层为脉冲掺杂型N
‑
InGaN层，其为多个交替层叠的掺杂型N
‑
InGaN层和非掺杂型N
‑
InGaN层形成的周期性结构，其周期数为2
‑
6个；
其中，单个掺杂型N
‑
InGaN层的厚度为0.1
‑
0.3nm，单个非掺杂型N
‑
InGaN层的厚度为0.1
‑
0.3nm；所述InN层中In组分的占比为0.3
‑
0.5。
[0011]作为上述技术方案的改进，所述第三量子阱子层为脉冲掺杂型P
‑
InGaN层，其为多个交替层叠的掺杂型P
‑
InGaN层和非掺杂型P
‑
InGaN层形成的周期性结构，其周期数为2
‑
6个；单个掺杂型P
‑
InGaN层的厚度为0.1
‑
0.3nm，单个非掺杂型P
‑
InGaN层的厚度为0.1
‑
0.3nm。
[0012]相应的，本专利技术还公开了一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的发光二极管外延片，其包括：提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、U
‑
GaN层、N
‑
GaN层、有源层、电子阻挡层和P
‑
GaN层；所述有源层包括多个交替层叠的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层包括依次层叠的第一量子阱子层、第二量子阱子层和第三量子阱子层；其中，所述第一量子阱子层为N
‑
InGaN层，所述第二量子阱子层为多个交替层叠的InAlGaN层和InN层形成的周期性结构，所述第三量子阱子层为P
‑
InGaN层；所述第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层的生长温度均为700
‑
800℃，生长压力均为100
‑
500torr。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层生长时所采用的载气为氮气或氩气。
[0014]相应的，本专利技术还公开了一种发光二极管，其包括上述的发光二极管外延片。
[0015]实施本专利技术，具有如下有益效果：1. 本专利技术的发光二极管外延片中，有源层的量子阱层包括依次层叠的第一量子阱子层、第二量子阱子层和第三量子阱子层，其中，第一量子阱子层为N
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InGaN层，一者，其可降低量子阱极化电场作用，提高电子和空穴波函数的交叠，增加内量子效率；二者，N型掺杂可弱化量子阱层的极化电场。第三量子阱子层为P
‑
InGaN层，一者，其增加了量子阱中的空穴，提升电子空穴复合的几率，二者可与第一量子阱子层相互配合，降低极化电场的作用，提升电子空穴的复合，提升发光效率。其中，第二量子阱子层为交替层叠的InAlGaN层和InN层形成的周期性结构，具体的，InAlGaN中引入了Al，晶格完整性高，进而将不太稳定的InN包裹在稳定的InAlGaN中，从而有效提升了量子阱层中In组分的含量，提升量子阱层的晶格质量，进而提升发光效率。此外，InAlGaN中引入的Al可抵消In带来的应力，弱化极化电场，提升发光效率。
[0016]2. 本专利技术的发光二极管外延片中，第一量子阱子层的N
‑
InGaN层采用脉冲掺杂型N
‑
InGaN层，基于该结构，可进一步改善量子阱层的晶格质量，提升In组分的含量，且降低非辐射复合发生的概率。
[0017]3. 本专利技术的发光二极管外延片中，第三量子阱子层的P
‑
InGaN层采用脉冲掺杂方式，其可提升空穴分布的均匀性，有效提升空穴的扩展性能，进一步提升电子空穴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、U
‑
GaN层、N
‑
GaN层、有源层、电子阻挡层和P
‑
GaN层，所述有源层包括多个交替层叠的量子阱层和量子垒层；其特征在于，所述量子阱层包括依次层叠的第一量子阱子层、第二量子阱子层和第三量子阱子层；其中，所述第一量子阱子层为N
‑
InGaN层，所述第二量子阱子层为多个交替层叠的InAlGaN层和InN层形成的周期性结构，所述第三量子阱子层为P
‑
InGaN层。2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一量子阱子层中In组分的占比为0.05
‑
0.1，所述第一量子阱子层的掺杂元素为Si，掺杂浓度为5
×
10
15
‑1×
10
16
cm
‑3。3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InAlGaN层中In组分的占比为0.1
‑
0.2，Al组分的占比为0.02
‑
0.5，所述InN层中In组分的占比为0.2
‑
0.5。4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第三量子阱子层中In组分的占比为0.05
‑
0.1，所述第三量子阱子层的掺杂元素为Mg，掺杂浓度为5
×
10
15
‑1×
10
17
cm
‑3。5.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一量子阱子层的厚度为0.3
‑
4nm，所述第三量子阱子层的厚度为0.3
‑
4nm；所述第二量子阱子层的周期数为2
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6个，其中，单个InAlGaN层的厚度为0.1
‑
1nm，单个InN层的厚度为0.1
‑
1nm。6.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一量子阱子层为脉冲掺杂型N
‑
InGaN层，其为多个交替层叠的掺杂型N
‑
InGa...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彩霞，印从飞，程金连，刘春杨，胡加辉，金从龙，
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：