一种外延片、外延片制备方法及发光二极管技术

本发明专利技术公开了一种外延片、外延片制备方法及发光二极管，外延片包括N极性组合层，N极性组合层包括依次层叠设置的N极性的N型GaN层、N极性的多量子阱层以及N极性的P型GaN层；N极性的多量子阱层包括周期性依次交替设置在N极性的N型GaN层上的势垒层和势阱层，势垒层和势阱层均为AlGaN层，势阱层中Al的组分含量为35%

【技术实现步骤摘要】
一种外延片、外延片制备方法及发光二极管


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种外延片、外延片制备方法及发光二极管。

技术介绍

[0002]发光二极管简称为LED，主要由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。当电子与空穴复合时辐射出可见光，从而可以实现显示或者照明的作用。
[0003]目前，发光二极管主要在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。其中，砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。
[0004]现有技术中常规的长波长GaN基发光二极管普遍采用Ga极性的N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层生长顺序，虽然相对于传统的发光结构具有诸多优点在市场中得到普遍的应用。但是GaN基发光二极管的开启电压存在较高的问题，导致发光效率相对较低。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的是提供一种外延片、外延片制备方法及发光二极管，旨在解决现有技术中的外延片的开启电压高而导致发光效率低的问题。
[0006]本专利技术实施例是这样实现的：一种外延片，包括N极性组合层，所述N极性组合层包括依次层叠设置的N极性的N型GaN层、N极性的多量子阱层以及N极性的P型GaN层。
[0007]进一步的，所述N极性的多量子阱层包括周期性依次交替设置在所述N极性的N型GaN层上的势垒层和势阱层，所述势垒层和势阱层均为AlGaN层。
[0008]进一步的，所述势垒层中的Al组分含量由靠近所述N型GaN层一端向另一端逐渐递增。
[0009]进一步的，所述势阱层中Al的组分含量为35%
‑
65%，所述势垒层中Al的组分含量为35%
‑
90%。
[0010]进一步的，所述外延片还包括衬底、缓冲层；所述缓冲层、N极性的N型GaN层、N极性的多量子阱层以及N极性的P型GaN层依次层叠在所述衬底上。
[0011]进一步的，所述衬底为金刚石衬底。
[0012]本专利技术的另一个目的在于提供一种外延片制备方法，用于制备上述的外延片，在生长N极性组合层时，所述外延片制备方法包括：以预设气体作为载气并通入生长所需的源，生长N极性的N型GaN层；在所述N极性的N型GaN层上周期性交替生长势阱层和势垒层以形成N极性的多量子阱层；在所述N极性的多量子阱层上生长N极性的P型GaN层以生长所述N极性组合层。
[0013]进一步的，上述外延片制备方法，其中，在生长N极性组合层之前，所述制备方法包括：提供衬底；在所述衬底生长缓冲层，所述N极性组合层生长于所述缓冲层上。
[0014]进一步的，上述外延片制备方法，其中，所述N极性的N型GaN层和N极性的P型GaN层的生长温度均为800℃
‑
1400℃，所述N极性的多量子阱层的生长温度为1000℃
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1300℃。
[0015]本专利技术的另一个目的在于提供一种发光二极管，包括上述的外延片。
[0016]与现有技术相比：通过设置N极性的N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层生长顺序的极化反转结构，外加偏压与量子阱极化方向相同的极性反转结构，增加阱、垒电势差的高度，减小电子与空穴泄漏，促进电子与空穴复合，同时可以降低P型GaN层与N型GaN层的载流子注入到阱内的势垒，使得开启电压降低，从而提高发光效率。
附图说明
[0017]图1为本专利技术一实施例当中的外延片的结构示意图。
[0018]如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
[0019]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。
[0020]需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0021]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0022]本专利技术针对目前外延片发光效率低的问题，提出了一种外延片、外延片制备方法及发光二极管，其中：请参阅图1，所示为本专利技术一实施例当中提出的外延片，该外延片包括：衬底1，依次层叠在衬底1上的缓冲层2、N极性的N型GaN层3、N极性的多量子阱层4以及N极性的P型GaN层5。
[0023]示例而非限定，在本实施例当中，衬底1为金刚石衬底，缓冲层2为AlN缓冲层，AlN缓冲层呈纳米柱阵列结构，N极性的多量子阱层4为若干组交替分布的势阱层和势垒层，势阱层和势垒层的组分均为AlGaN层。
[0024]需要说明的是，纤锌矿结构的GaN最稳定的生长方向是c轴方向，但是由于纤锌矿结构缺乏反演对称性，导致沿c轴方向原子的正、负电荷重心不重合，将产生非零电偶极距。
[0025]在宏观的平衡状态下，纤锌矿结构的GaN总极化电荷不为零，因此可以表现出两种
不同的极性:Ga极性和N极性。
[0026]III族氮化物的极性控制是一个非常重要的科学问题，外延薄膜的表面形貌、电学和光学性质以及化学和热学稳定性都与极性密切相关。
[0027]通常由原子结构区别Ga极性和N极性GaN的方法是：若Ga原子的四个化学键中有三个键朝下，一个键朝上，则该GaN为Ga极性；反之，若Ga原子三个键朝上而一个键朝下，则该GaN为N极性。
[0028]本实施例采用N极性的N型GaN层3、N极性的多量子阱层4、N极性的P型GaN层5生长顺序的极化反转结构，外加偏压与量子阱极化方向相同的极性反转结构，增加阱、垒电势差的高度，减小电子与空穴泄漏，促进电子与空穴复合，同时可以降低P型GaN层与N型GaN的载流子注入到阱内的势垒，导致开启电压降低，从而提高发光效率。
[0029]需要进一步说明的是，传统的N极性生长，如果采用C面蓝宝石衬底，那就需要使用大角度的衬底，比如2
°
夹角的衬底，这样形成的材料晶向属于N极性面，但因为存在大量的N空位，使得N极性面极不稳定，只要生长条件偏离了要求的核心条件，就会出现N极性面的反转，转成Ga极性面，且用大角度的衬底也会造成晶体质量变差。N极性面属于热力学亚稳定相。
[0030]由于N极性面属于热力学亚稳定相，而本专利技术采用金刚石作为衬底，因为金刚石的晶向非常稳定，在开始沉积过程中可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外延片，其特征在于，包括N极性组合层，所述N极性组合层包括依次层叠设置的N极性的N型GaN层、N极性的多量子阱层以及N极性的P型GaN层；其中，所述N极性的多量子阱层包括周期性依次交替设置在所述N极性的N型GaN层上的势垒层和势阱层，所述势垒层和势阱层均为AlGaN层，所述势阱层中Al的组分含量为35%
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65%，所述势垒层中Al的组分含量为35%
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90%，所述N极性的N型GaN层和N极性的P型GaN层的生长温度均为800℃
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1400℃，所述N极性的多量子阱层的生长温度为1000℃
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1300℃。2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述势垒层中的Al组分含量由靠近所述N型GaN层一端向另一端逐渐递增。3.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述外延片还包括衬底、缓冲层；所述缓冲层、N极性的N型GaN层、N极性的多量子阱层以及N极性的P型GaN层依次层叠在所述衬底上。4.根据权利要求3所述的外延片，其特征在于，所述衬底为金刚石衬底。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兆，吴洪浩，霍丽艳，翁聪，崔晓慧，
申请(专利权)人：江西乾照光电有限公司，
类型：发明
国别省市：