一种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，其包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征GaN层、N

【技术实现步骤摘要】
一种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]最早的外延片结构直接在N型半导体层上生长多量子阱会导致发光效率低，抗静电能力差，为了改善该结构的缺陷，现有的外延片结构在N型半导体层和多量子阱中间插入一个低温应力释放层，该应力释放层为InGaN层，但是多量子阱中电子和空穴不平衡现象和量子阱缺陷多，依然存在发光效率低的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管外延片及其制备方法，可以有效释放底层应力，使多量子阱区的电子空穴分布均匀，提升电子的扩展能力，提高发光二极管的发光效率和抗静电能力。
[0004]为了解决上述技术问题，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形核层、本征GaN层、N
‑
GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P
‑
GaN层；所述N
‑
GaN层和多量子阱层之间设有缓冲层，所述缓冲层包括依次设于所述N
‑
GaN层上的MgN三维诱导层、SiGaN三维层和填平层。
[0005]作为上述方案的改进，所述MgN三维诱导层为Mg
x
N1‑
x
层，其中，x的取值范围为0.1
‑
0.3；所述SiGaN三维层中Si的掺杂浓度为1
×
10
16
‑1×
10
18
cm
‑3；所述SiGaN三维层中Si的掺杂浓度＜所述N
‑
GaN层中Si的掺杂浓度。
[0006]作为上述方案的改进，所述MgN三维诱导层的厚度为2
‑
5nm；所述SiGaN三维层的厚度为20
‑
50nm，直径为10
‑
30nm；所述填平层的厚度为20
‑
50nm；所述填平层的厚度＞所述SiGaN三维层的厚度。
[0007]作为上述方案的改进，所述N
‑
GaN层和所述MgN三维诱导层之间设有BN层；所述BN层为B
y
N1‑
y
层，其中，y的取值范围为0.2
‑
0.4；所述BN层的厚度为10
‑
20nm；所述BN层和所述MgN三维诱导层之间设有石墨烯层；所述石墨烯层的厚度为20
‑
30nm；所述填平层为AlGaN层。
[0008]相应地，本专利技术还公开了一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如上所述的发光二极管外延片，其包括：（1）提供衬底；（2）在所述衬底上依次生长形核层、本征GaN层、N
‑
GaN层、缓冲层、多量子阱层、电
子阻挡层和P
‑
GaN层；所述缓冲层包括依次设于所述N
‑
GaN层上的MgN三维诱导层、SiGaN三维层和填平层。
[0009]作为上述方案的改进，所述MgN三维诱导层和SiGaN三维层的生长温度为750
‑
900℃，生长压力为300
‑
500Torr；所述填平层的生长温度为950
‑
1000℃，生长压力为150
‑
300Torr。
[0010]作为上述方案的改进，所述MgN三维诱导层和SiGaN三维层的生长载气为氢气和氮气，其中，所述氮气和氢气的体积比N2：H2>2：1；所述填平层的生长载气为氢气和氮气，其中，所述氮气和氢气的体积比N2：H2＜1：2。
[0011]作为上述方案的改进，所述缓冲层包括依次设于所述N
‑
GaN层上的BN层、MgN三维诱导层、SiGaN三维层和填平层；所述BN层的生长温度为1000
‑
1050℃，生长压力为50
‑
150Torr，生长载气为氢气。
[0012]作为上述方案的改进，所述缓冲层包括依次设于所述N
‑
GaN层上的BN层、石墨烯层、MgN三维诱导层、SiGaN三维层和填平层；所述石墨烯层的生长温度为800
‑
1000℃，生长压力为7.5
‑
375Torr，生长载气为氢气或/和氩气。
[0013]相应的，本专利技术还公开了一种发光二极管，包括上述的发光二极管外延片。
[0014]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，在N
‑
GaN层与多量子阱层之间设置了缓冲层，其依次包括MgN三维诱导层、SiGaN三维层和填平层。其中，MgN三维诱导层，一方面能够诱导后续SiGaN三维层纵向生长，另一方面由于Mg原子作为P型掺杂，可以产生少量空穴，可以对部分电子进行消耗，改善多量子阱区电子空穴分布不均匀现象，使得多量子阱区的电子空穴分布均匀。其次，SiGaN三维层，一方面能够有效缓解翘曲，释放底层应力，进而提高发光二极管的发光效率；另一方面能够有效提升电子扩展能力，提高发光二极管的抗静电能力。
[0015]2. 本专利技术的发光二极管外延片，在N
‑
GaN层与MgN三维诱导层之间设置了BN层，由于BN层中的B原子很小，可以形成致密高的BN层，对从底层延伸的位错起到有效地阻断和扭曲作用。
[0016]3. 本专利技术的发光二极管外延片，在BN层与MgN三维诱导层之间设置了石墨烯层，BN层能够对石墨烯层进行阻断，防止石墨烯向下扩散，影响N型层掺杂。石墨烯层一方面可以增加电子的扩展能力；另一方面利用石墨烯具有晶格引导作用，可以使得在石墨烯层上生长的MgN层分布的更加均匀，从而在MgN层上生长的SiGaN三维层形成的三维岛结构更加均匀，使得三维岛结构大小一致，形成分布均匀的三维岛使得在合并形成缓冲层时产生的缺陷更少。
[0017]4. 本专利技术在多量子阱层生长前生长复合缓冲层，可以有效释放底层应力，降低电子的迁移率，增加电子的扩展能力，使得多量子阱区的电子空穴分布更加平衡；并且有效的阻挡了位错延伸，提升了晶格质量，释放了底层应力，可以缓解多量子阱区的极化效应，减少非辐射复合，增加发光二极管的发光效率。由于电子扩展能力的提升，晶格质量的提升，使得发光二极管的抗静电能力大大提升。
附图说明
[0018]图1是本专利技术一实施例中发光二极管外延片的结构示意图；图2是本专利技术另一实施例中发光二极管外延片的结构示意图；图3是本专利技术又一实施例中发光二极管外延片的结构示意图；图4是本专利技术一实施例中发光二极管外延片的制备方法流程图。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。
[0020]参见图1，本专利技术公开了一种发光二极管外延片，包括衬底1和依次设于所述衬底1上的形核层2、本征GaN层3、N...

【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形核层、本征GaN层、N
‑
GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P
‑
GaN层；其特征在于，所述N
‑
GaN层和多量子阱层之间设有缓冲层，所述缓冲层包括依次设于所述N
‑
GaN层上的MgN三维诱导层、SiGaN三维层和填平层。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MgN三维诱导层为Mg
x
N1‑
x
层，其中，x的取值范围为0.1
‑
0.3；所述SiGaN三维层中Si的掺杂浓度为1
×
10
16
‑1×
10
18
cm
‑3；所述SiGaN三维层中Si的掺杂浓度＜所述N
‑
GaN层中Si的掺杂浓度。3.如权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述MgN三维诱导层的厚度为2
‑
5nm；所述SiGaN三维层的厚度为20
‑
50nm，直径为10
‑
30nm；所述填平层的厚度为20
‑
50nm；所述填平层的厚度＞所述SiGaN三维层的厚度。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N
‑
GaN层和所述MgN三维诱导层之间设有BN层；所述BN层为B
y
N1‑
y
层，其中，y的取值范围为0.2
‑
0.4；所述BN层的厚度为10
‑
20nm；所述BN层和所述MgN三维诱导层之间设有石墨烯层；所述石墨烯层的厚度为20
‑
30nm；所述填平层为AlGaN层。5.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1

【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：