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所述衬底上的形核层、本征GaN层、N

【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]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，吸引越来越多的人关注。外延结构对发光二极管的光电性能具有很大影响。传统的发光二极管外延片包括：衬底，以及在衬底上依次生长的形核层、本征GaN层、N
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GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P
‑
GaN层。相比于蓝光，黄绿光过高的In组分使得InGaN/GaN多量子阱层的晶体质量恶化，导致发光二极管在长波波段（大于530nm）的发光效率大幅下降。现有发光二极管V型坑层为低温生长的InGaN/GaN重复层叠的超晶格结构，V型坑侧壁面呈V型贯穿于整个有源区，因其特殊的几何结构，空穴很容易通过V型侧壁注入至更深的发光量子阱中，可以降低工作电压和改善电子与空穴空间上的不均匀分布，增加发光效率。但目前V型坑层还存在以下问题：V型坑是沿着底层的线位错产生的，其本身就是一种天然的漏电通道，会影响发光二极管的抗静电能力；V型坑生长过程中，容易引入很多缺陷，成为非辐射复合中心捕获载流子，影响内量子效率，降低发光效率；V型坑生长过快，开口大小不一致，分布不均匀，导致发光波长和发光亮度分布不均匀。尤其是对于本身缺陷就较多的光绿光中，这种现象更加明显。

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，其可提升发光二极管的发光效率，提高抗静电能力，提高发光波长和发光亮度均匀性。
[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，其发光效率高、发光亮度均匀性好，抗静电能力强。
[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形核层、本征GaN层、N
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GaN层、多量子阱层、V型坑层和P
‑
GaN层；所述V型坑层包括依次层叠于所述多量子阱层上的V型坑缓冲层、V型坑填平层和V型坑缺陷阻挡层；所述多量子阱层设有多个经刻蚀得到的V型坑，其中，V型坑的深度小于或等于所述多量子阱层的厚度；所述V型坑缓冲层为InAlGaN层，其In组分的占比沿外延生长的方向逐渐降低，Al组分的占比沿外延生长的方向逐渐升高；所述V型坑填平层为AlGaN层和GaN层交替生长形成的周期性结构，所述V型坑缺陷阻挡层包括AlN层。
[0006]作为上述技术方案的改进，所述V型坑的开口尺寸为100nm
‑
140nm，分布密度为1
×
108个/cm2‑1×
10
10
个/cm2。
[0007]作为上述技术方案的改进，所述V型坑缓冲层中In组分的占比沿外延生长的方向由0.05
‑
0.15逐渐降低至0，Al组分的占比沿外延生长的方向由0逐渐增加至0.05
‑
0.1，所述
V型坑缓冲层的厚度为0.5nm
‑
3nm；所述V型坑填平层的周期数为5
‑
10，其中，所述AlGaN层中Al组分的占比为0.3
‑
0.5，单个所述AlGaN层的厚度为1nm
‑
5nm，单个所述GaN层的厚度为5nm
‑
10nm；所述V型坑缺陷阻挡层中Al组分的占比为0.3
‑
0.6，其厚度为1nm
‑
20nm。
[0008]作为上述技术方案的改进，所述V型坑缺陷阻挡层为AlN层和MgGaN层交替生长形成的周期性结构，周期数为3
‑
6，其中，单个所述AlN层的厚度为0.5nm
‑
3nm；所述MgGaN层中Mg的掺杂浓度为1
×
10
16
cm
‑3‑1×
10
17
cm
‑3，单个所述MgGaN层的厚度为0.5nm
‑
3nm。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述V型坑层中还包括MgN层，所述MgN层设于所述V型坑缓冲层和所述V型坑填平层之间；所述MgN层中Mg组分的占比为0.3
‑
0.6，所述MgN层的厚度为3nm
‑
10nm。
[0010]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形核层、本征GaN层、N
‑
GaN层、多量子阱层、V型坑层和P
‑
GaN层；所述V型坑层包括依次层叠于所述多量子阱层上的V型坑缓冲层、V型坑填平层和V型坑缺陷阻挡层；所述多量子阱层设有多个经刻蚀得到的V型坑，其中，V型坑的深度小于或等于所述多量子阱层的厚度；所述V型坑缓冲层为InAlGaN层，其In组分的占比沿外延生长的方向逐渐降低，Al组分的占比沿外延生长的方向逐渐升高；所述V型坑填平层为AlGaN层和GaN层交替生长形成的周期性结构，所述V型坑缺陷阻挡层包括AlN层。
[0011]作为上述技术方案的改进，通过ICP刻蚀在所述多量子阱层上形成多个V型坑，刻蚀功率为200W
‑
400W，刻蚀使用的气体为Cl2和N2的混合气体，其中，Cl2和N2的体积比为1：（1
‑
2）；所述V型坑缓冲层的生长温度为900℃
‑
950℃，生长压力为100torr
‑
300torr；所述V型坑填平层的生长温度为900℃
‑
950℃，生长压力为100torr
‑
300torr；所述V型坑缺陷阻挡层的生长温度为950℃
‑
1000℃，生长压力为100torr
‑
300torr。
[0012]作为上述技术方案的改进，所述V型坑缺陷阻挡层为AlN层和MgGaN层交替生长形成的周期性结构，所述V型坑缺陷阻挡层的生长温度为950℃
‑
1000℃，生长压力为100torr
‑
300torr。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述V型坑层中还包括MgN层，所述MgN层设于所述V型坑缓冲层和所述V型坑填平层之间，所述MgN层的生长温度为600℃
‑
800℃，生长压力为100torr
‑
300torr。
[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，V型坑层包括依次层叠于多量子阱层上的V型坑缓冲层、V型坑填平层和V型坑缺陷阻挡层。
[0016]首先，本专利技术对多量子阱层进行刻蚀，得到大小可控、分布均匀、深度可控、一致性
强的V型坑，最大限度地发挥V型坑增加空穴注入效率的本文档来自技高网...

【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形核层、本征GaN层、N
‑
GaN层、多量子阱层、V型坑层和P
‑
GaN层；其特征在于，所述V型坑层包括依次层叠于所述多量子阱层上的V型坑缓冲层、V型坑填平层和V型坑缺陷阻挡层；所述多量子阱层设有多个经刻蚀得到的V型坑，其中，V型坑的深度小于或等于所述多量子阱层的厚度；所述V型坑缓冲层为InAlGaN层，其In组分的占比沿外延生长的方向逐渐降低，Al组分的占比沿外延生长的方向逐渐升高；所述V型坑填平层为AlGaN层和GaN层交替生长形成的周期性结构，所述V型坑缺陷阻挡层包括AlN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V型坑的开口尺寸为100nm
‑
140nm，分布密度为1
×
108个/cm2‑1×
10
10
个/cm2。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V型坑缓冲层中In组分的占比沿外延生长的方向由0.05
‑
0.15逐渐降低至0，Al组分的占比沿外延生长的方向由0逐渐增加至0.05
‑
0.1，所述V型坑缓冲层的厚度为0.5nm
‑
3nm；所述V型坑填平层的周期数为5
‑
10，其中，所述AlGaN层中Al组分的占比为0.3
‑
0.5，单个所述AlGaN层的厚度为1nm
‑
5nm，单个所述GaN层的厚度为5nm
‑
10nm；所述V型坑缺陷阻挡层中Al组分的占比为0.3
‑
0.6，其厚度为1nm
‑
20nm。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述V型坑缺陷阻挡层为AlN层和MgGaN层交替生长形成的周期性结构，周期数为3
‑
6，其中，单个所述AlN层的厚度为0.5nm
‑
3nm；所述MgGaN层中Mg的掺杂浓度为1
×
10
16
cm
‑3‑1×
10
17
cm
‑3，单个所述MgGaN层的厚度为0.5nm
‑
3nm。5.如权利要求1
‑
3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述V型坑层中还包括MgN层，所述MgN层设于所述V型坑缓...

【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：