本发明专利技术公开了一种绿光发光二极管外延片及其制备方法、绿光发光二极管，涉及半导体光电器件领域。绿光发光二极管包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型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；每个所述量子阱层包括多个InN纳米棒和包裹于所述InN纳米棒上的InGaN包覆层。实施本发明专利技术，可提升绿光发光二极管的发光效率、波长均匀性。波长均匀性。波长均匀性。
【技术实现步骤摘要】
绿光发光二极管外延片及其制备方法、绿光发光二极管
[0001]本专利技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种绿光发光二极管外延片及其制备方法、绿光发光二极管。
技术介绍
[0002]目前，GaN基发光二极管已经大量应用于固态照明领域以及显示领域，吸引着越来越多的人关注。GaN基发光二极管已经实现工业化生产、在背光源、照明、景观灯等方面都有应用。
[0003]外延片是发光二极管中的主要构成部分，现有的GaN基发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的缓冲层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层。
[0004]其中，绿光发光二极管通常要求生长高铟组分多量子阱层。传统的多量子阱层是由InGaN量子阱层和GaN量子垒层重复周期层叠而成的复合结构；但是由于InGaN量子阱层和GaN量子垒层之间存在较大的晶格失配，高铟组分InGaN材料通常存在晶体质量差，非辐射复合率高的缺点。此外，GaN和InGaN之间的大应力会产生强的内建电场导致量子限制斯塔克效应，从而引起电子和空穴波函数空间分离,大幅降低有效辐射复合率；并且由于In组分高，存在严重的In“团簇”现象，导致In分布极不均匀，多量子阱内的波长均匀性较差。
技术实现思路
[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种绿光发光二极管外延片及其制备方法，其可提升绿光发光二极管的光效和波长均匀性。
[0006]本专利技术还要解决的技术问题在于，提供一种绿光发光二极管，其光效高，波长均匀性好。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术公开了一种绿光发光二极管外延片，其包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型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；每个所述量子阱层包括多个InN纳米棒和包裹于所述InN纳米棒上的InGaN包覆层。
[0008]作为上述技术方案的改进，每个InN纳米棒中In组分的含量为0.4
‑
0.6，所述InGaN包覆层中In组分的含量为0.2
‑
0.4。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述InGaN包覆层上还设有InAlGaN包覆层，所述InAlGaN包覆层中In组分的含量为0.05
‑
0.2，Al组分的含量为0.01
‑
0.05；每个InN纳米棒中In组分的含量为0.45
‑
0.65，所述InGaN包覆层中In组分的含量为0.25
‑
0.4。
[0010]作为上述技术方案的改进，所述InN纳米棒的直径为5nm
‑
100nm，长度为5nm
‑
20nm，相邻InN纳米棒之间的间距为5nm
‑
50nm；所述InGaN包覆层的厚度为1nm
‑
3nm，所述InAlGaN包覆层的厚度为1nm
‑
3nm。
[0011]作为上述技术方案的改进，所述量子垒层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的N
‑
GaN层和AlGaN层，所述量子垒层的周期数≥2。
[0012]作为上述技术方案的改进，所述量子垒层的周期数为3
‑
6，单个所述N
‑
GaN层的厚度为1nm
‑
3nm，掺杂浓度为1
×
10
15
cm
‑3‑1×
10
16
cm
‑3，单个所述AlGaN层的厚度为1nm
‑
3nm，Al组分含量为0.1
‑
0.5。
[0013]相应的，本专利技术还公开了一种绿光发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的绿光发光二极管，其包括：提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型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；每个所述量子阱层包括多个InN纳米棒和包裹于所述InN纳米棒上的InGaN包覆层；其中，所述InN纳米棒的制备方法为：生长InN层，刻蚀形成多个InN纳米棒。
[0014]作为上述技术方案的改进，所述InN层的生长温度为700℃
‑
750℃，生长压力为100torr
‑
500torr，生长时所采用载气为氮气或氩气；所述InGaN包覆层的生长温度为750℃
‑
770℃，生长压力为100torr
‑
500torr，生长时所采用载气为氮气或氩气。
[0015]作为上述技术方案的改进，所述量子阱层还包括设于所述InGaN包覆层上的InAlGaN包覆层，所述InAlGaN包覆层的生长温度为770℃
‑
800℃，生长压力为100torr
‑
500torr，生长时所采用载气为氮气或氩气；所述量子垒层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的N
‑
GaN层和AlGaN层；所述N
‑
GaN层的生长温度为850℃
‑
900℃，生长压力为100torr
‑
500torr；所述AlGaN层的生长温度为850℃
‑
900℃，生长压力为100torr
‑
500torr。
[0016]相应的，本专利技术还公开了一种绿光发光二极管，其包括上述的绿光发光二极管外延片。
[0017]实施本专利技术，具有如下有益效果：1. 本专利技术的绿光发光二极管外延片中，量子阱层采用核壳结构，即以InN纳米棒为核，以InGaN包覆层为壳。InN纳米棒可以在三个维度上分别释放应力，避免了位错及缺陷的产生，因而降低了有源层中的缺陷密度。同时使得量子阱中的压应变通过弹性形变的方式弛豫，从而显著降低了量子阱中的压应变和压电场，抑制了量子限制斯塔克效应，提高了发光效率。不仅如此，In原子和Ga原子倾向于通过侧向表面迁移扩散并融入InN纳米棒，由于扩散势垒较低，更有利于In的均匀分布，并且缺陷较少，在应力减少的状况下，In原子的偏析也会减少，可在不采用低温的情况下大幅度提升In组分的含量，也提升In组分的均匀度，从而提升绿光的发光效率和发光波长均匀性。进一步的，虽然InN纳米棒具有上述优点，但是InN材料稳定性较差，故引入InGaN包覆层，提升量子阱层的稳定性。
[0018]2. 本专利技术的绿光发光二极管外延片中，在InGaN层的包覆层上还设置了InAlGaN包覆层，该层中引入了Al组分，由于Al原子和N原子之间共价键的强度远大于Ga原子和N原子之间共价键的强度，可以维持GaN晶格的完整性，因而进一步提升了量子阱层所形成晶体的晶格质量，进一步提升了量子阱层中In组分的含量。
[0019]3. 本专利技术的绿光发光二极管外延片中，量子垒层为周期性层叠的N
‑
GaN层和AlGaN层。一者其生长为二维合并本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种绿光发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型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，每个所述量子阱层包括多个InN纳米棒和包裹于所述InN纳米棒上的InGaN包覆层。2.如权利要求1所述的绿光发光二极管外延片，其特征在于，每个InN纳米棒中In组分的含量为0.4
‑
0.6，所述InGaN包覆层中In组分的含量为0.2
‑
0.4。3.如权利要求1或2所述的绿光发光二极管外延片，其特征在于，所述InGaN包覆层上还设有InAlGaN包覆层，所述InAlGaN包覆层中In组分的含量为0.05
‑
0.2，Al组分的含量为0.01
‑
0.05；每个InN纳米棒中In组分的含量为0.45
‑
0.65，所述InGaN包覆层中In组分的含量为0.25
‑
0.4。4.如权利要求3所述的绿光发光二极管外延片，其特征在于，所述InN纳米棒的直径为5nm
‑
100nm，长度为5nm
‑
20nm，相邻InN纳米棒之间的间距为5nm
‑
50nm；所述InGaN包覆层的厚度为1nm
‑
3nm，所述InAlGaN包覆层的厚度为1nm
‑
3nm。5.如权利要求1所述的绿光发光二极管外延片，其特征在于，所述量子垒层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的N
‑
GaN层和AlGaN层，所述量子垒层的周期数≥2。6.如权利要求5所述的绿光发光二极管外延片，其特征在于，所述量子垒层的周期数为3
‑
6，单个所述N
‑
GaN层的厚度为1nm
‑
3nm，掺杂浓度为1
×
10
15
cm
‑3‑1×
10
16
cm
【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：
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