发光二极管外延片及其制备方法、LED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、LED，所述发光二极管外延片包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和In

【技术实现步骤摘要】
发光二极管外延片及其制备方法、LED


[0001]本专利技术涉及光电
，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、LED。

技术介绍

[0002]近年来LED半导体照明技术迅猛发展，各种LED产品被广泛应用于背光、显示、商业照明、植物照明等领域。GaN基发光二极管的半导体照明技术更是日新月异，已逐步取代传统照明成为新一代照明光源。目前以GaN基为基础的LED照明产品其外量子效率虽然已经突破60%~70%，但仍然有很大的效率提升空间。
[0003]影响GaN基LED外量子效率的提升的原因主要有以下几个方面：首先，受应变调控层、多量子阱层InGaN和GaN晶格失配影响，导致阱垒异质结界面处产生由应力造成的强压电场，该强极化电场会导致能带发生弯曲，造成严重的载子泄露和俄歇复合效应；另外，极化电场也会使平台量子阱中电子和空穴波函数重叠减少，辐射复合效率降低。
[0004]其次，在GaN基LED发光二极管的外延生长方法中通常使用异质结材料作为衬底，比如蓝宝石、Si和SiC，受异质衬底晶格常数和热膨胀系数的差异影响，在外延生长过程中会引入大量位错，这些位错会沿着生长方向穿透至有源区，造成有源区晶体质量下降，严重影响发光效率。
[0005]再次，在InGaN/GaN结构的应变调控层、多量子阱层中随着In组分的增加，所面临的极化电场和缺陷密度会更加严重，同时In分布不均导致In团簇等缺陷产生，使缺陷数量增加，并在应变调控层、多量子阱层中形成深能级缺陷，电子很容易被深能级缺陷捕获，最终影响有效辐射复合效率。
[0006]为解决上述问题，现有技术的解决方案如下：一方面，在应变调控层、多量子阱层之前先生长一段低In组分的InGaN/GaN量子阱准备层，或InGaN/GaN超晶格准备层来释放量子阱区的应力。另一方面，通过优化应变调控层、多量子阱层的生长温度和提高量子阱生长速率提升量子阱的晶体质量。
[0007]但是现有的解决方案存在以下不足：InGaN/GaN量子阱准备层或者InGaN/GaN超晶格准备层虽然能释放应变调控层、多量子阱层的压应力，但受In生长条件的限制，生长温度相对较低，低温下NH3不能有效分解，会促使更多缺陷形成，从而导致量子阱晶体质量变差，在应变调控层、多量子阱层中开出小型V型缺陷，并成为漏电通道，严重影响外延层的反向电压，反向电流等性能。另外，In原子在本征半导体中可混溶度低，In原子相分离现象严重，导致应变调控层、多量子阱层的生长不够均匀，发光强度和波长一致性变差。综上所述，现有技术仍然存在晶体质量差，发光效率低且波长亮度均匀性偏低的问题。

技术实现思路

[0008]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，其能够解决现有技术中存在的晶体质量差，发光效率低且波长亮度均匀性偏低的问题。
[0009]本专利技术所要解决的技术问题还在于，提供一种发光二极管外延片的制备方法，其工艺简单，能够稳定制得发光效率良好的发光二极管外延片。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和In
x
Ga
(1
‑
x)
N/GaN超晶格层，其中，0.01＜x＜0.1。
[0011]在一种实施方式中，所述InAlN层的In组分含量为0.15~0.2；所述MgN纳米岛层的Mg组分含量为0.2~0.4；所述二维AlGaN层中Al组分含量为0.01~0.2。
[0012]在一种实施方式中，所述InAlN层的厚度为10nm~20nm；所述MgN纳米岛层的厚度为20nm~50nm；所述二维AlGaN层的厚度为10nm~20nm。
[0013]在一种实施方式中，所述In
x
Ga
(1
‑
x)
N/GaN超晶格层包括交替层叠的In
x
Ga
(1
‑
x)
N层和GaN层，交替层叠的周期数为20~30；所述In
x
Ga
(1
‑
x)
N/GaN超晶格层的厚度为100nm~200nm。
[0014]在一种实施方式中，所述InAlN层的N型掺杂浓度＞所述In
x
Ga
(1
‑
x)
N/GaN超晶格层的N型掺杂浓度＞所述MgN纳米岛层的N型掺杂浓度或所述二维AlGaN层的N型掺杂浓度。
[0015]优选地，所述InAlN层的N型掺杂浓度为1
×
10
20
atoms/cm3~5
×
10
20
atoms/cm3；所述MgN纳米岛层的N型掺杂浓度为1
×
10
18
atoms/cm3~1
×
10
19
atoms/cm3；所述二维AlGaN层的N型掺杂浓度为1
×
10
18
atoms/cm3~1
×
10
19
atoms/cm3；所述In
x
Ga
(1
‑
x)
N/GaN超晶格层的N型掺杂浓度为1
×
10
19
atoms/cm3~1
×
10
20
atoms/cm3。
[0016]在一种实施方式中，所述InAlN层的生长压力为100torr~150torr；所述MgN纳米岛层的生长压力为300torr~500torr；所述二维AlGaN层的生长压力为150torr~200torr；所述In
x
Ga
(1
‑
x)
N/GaN超晶格层的生长压力为100torr~200torr。
[0017]为解决上述问题，本专利技术还提供了一种发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：S1、准备衬底；S2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和In
x
Ga
(1
‑
x)
N/GaN超晶格层，其中，0.01＜x＜0.1。
[0018]在一种实施方式中，所述应变调控层的沉积步骤包括：在生长压力为100torr~150torr的条件下，在所述N型GaN层上沉积所述InAlN层；在生长压力为300torr~500torr的条件下，在所述InAlN层上沉积所述MgN纳米岛层；在生长压力为150torr~200torr的条件下，在所述MgN纳米岛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和In
x
Ga
(1
‑
x)
N/GaN超晶格层，其中，0.01＜x＜0.1。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InAlN层的In组分含量为0.15~0.2；所述MgN纳米岛层的Mg组分含量为0.2~0.4；所述二维AlGaN层中Al组分含量为0.01~0.2。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InAlN层的厚度为10nm~20nm；所述MgN纳米岛层的厚度为20nm~50nm；所述二维AlGaN层的厚度为10nm~20nm。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In
x
Ga
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‑
x)
N/GaN超晶格层包括交替层叠的In
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Ga
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N层和GaN层，交替层叠的周期数为20~30；所述In
x
Ga
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x)
N/GaN超晶格层的厚度为100nm~200nm。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InAlN层的N型掺杂浓度＞所述In
x
Ga
(1
‑
x)
N/GaN超晶格层的N型掺杂浓度＞所述MgN纳米岛层的N型掺杂浓度或所述二维AlGaN层的N型掺杂浓度。6.如权利要求5所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InAlN层的N型掺杂浓度为1
×
10
20
atoms/cm3~5
×
10
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atoms/cm3；所述MgN纳米岛层的N型掺杂浓度为1
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atoms/cm3~1
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atoms/cm3；所述二维AlGaN层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高虹，程龙，郑文杰，舒俊，张彩霞，程金连，印从飞，刘春杨，吕蒙普，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：