一种高光效发光二极管外延片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高光效发光二极管外延片及其制备方法，属于LED半导体的技术领域。该外延片包括GaN基衬底以及依次沉积在GaN基衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱层、空穴注入层、电子阻挡层和p型GaN层；其中，空穴注入层具有与多量子阱层适配的V形坑结构，其包括依次沉积在多量子阱层的V形坑结构侧壁上的AlN层和MgN纳米棒层，以及依次沉积在MgN纳米棒层上的MgAlGaN包覆层和MgInGaN层。通过本申请，可以有效降低载流子易被穿透位错处的非辐射复合中心所捕获，以及提升空穴从V形坑侧壁的注入效率、均匀性，从而提升发光二极管的发光效率。二极管的发光效率。二极管的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高光效发光二极管外延片及其制备方法


[0001]本专利技术属于LED半导体的
，具体地涉及一种高光效发光二极管外延片及其制备方法。

技术介绍

[0002]V
‑
Pits结构是在氮化镓材料中普遍存在的一种体缺陷，从迎着材料生长的c方向观测，V
‑
Pits结构形状为倒立的中空六棱锥形，底部尖端通常连接着一个线位错，因其断面两侧呈V字形，故称V缺陷或V形坑。
[0003]商业化的GaN基LED器件通常生长在蓝宝石、SiC或Si等异质衬底上。由于GaN与衬底之间存在晶格失配以及热失配的缺陷，目前商业化的GaN基LED器件中穿透位错密度达108～10
10
个/cm2，并且这些穿透位错在生长量子阱时形成V形坑。目前，针对具有V形坑的量子阱的GaN基LED器件，载流子易被穿透位错处的非辐射复合中心所捕获导致辐射复合效率较低，以及由于GaN基LED器件通常空穴有效质量大、迁移率低且浓度相对较小，导致空穴从V形坑侧壁的注入效率较低、均匀性较差，从而限制了GaN基LED器件的发光效率。
[0004]因此，如何降低载流子易被穿透位错处的非辐射复合中心所捕获，以及提升空穴从V形坑侧壁的注入效率、均匀性，以提升发光二极管的发光效率，显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高光效发光二极管外延片及其制备方法，可以有效降低载流子易被穿透位错处的非辐射复合中心所捕获，以及提升空穴从V形坑侧壁的注入效率、均匀性，从而提升发光二极管的发光效率。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种高光效发光二极管外延片，其包括GaN基衬底以及依次沉积在所述GaN基衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱层、空穴注入层、电子阻挡层和p型GaN层；所述多量子阱层朝向空穴注入层的表面形成V形坑结构；其中，所述空穴注入层具有与所述多量子阱层适配的V形坑结构，其包括依次沉积在所述多量子阱层的V形坑结构侧壁上的AlN层和MgN纳米棒层，以及依次沉积在所述MgN纳米棒层上的MgAlGaN包覆层和MgInGaN层。
[0007]相比现有技术，本专利技术的有益效果为：首先，通过在V形坑结构的多量子阱层上沉积具有与所述多量子阱层适配的V形坑结构的空穴注入层；该空穴注入层在所述多量子阱层适配的V形坑结构侧壁沉积AlN层，可提高禁带宽度，使得在多量子阱层上穿透位错周围形成具有数百个meV大小的势垒包围圈以阻碍载流子接近穿透位错，从而避免载流子被穿透位错处的非辐射复合中心所捕获，提高发光二极管外延片的辐射复合效率。其次，因为空穴从V形坑侧壁注入所需克服的势垒高度要远低于从平台注入所需克服的势垒高度，V形坑起到促进空穴注入、改善有源区中空穴分布均匀性的作用，通过沉积在AlN层上的MgN纳米棒层、MgAlGaN包覆层可提高空穴从V型侧壁的注入效率。再次，沉积MgInGaN层可提高活化Mg的浓度，提高空穴数量，提供足够的空穴的注入到量子阱与电子发生复合，由于Mg受主的
能级较深，室温下Mg的电离率只有1%左右，而掺杂In原子可有效降低Mg的激活能，大大提高活化Mg浓度及空穴数量。通过空穴注入层的设置可以有效降低载流子易被穿透位错处的非辐射复合中心所捕获，以及提升空穴从V形坑侧壁的注入效率、均匀性，从而提升发光二极管的发光效率。
[0008]较佳地，所述MgN纳米棒层包括MgN纳米棒，所述MgN纳米棒直径为0.5nm～10nm、长度为1nm～20nm，以及相邻两MgN纳米棒的间距为1nm～50nm。
[0009]较佳地，所述MgAlGaN包覆层的Al组分为0.1～0.15，所述MgInGaN层的In组分为0.03～0.07。
[0010]较佳地，所述MgAlGaN包覆层的Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3～1E20atoms/cm3，所述MgInGaN层Mg掺杂浓度为1E19atoms/cm3～1E21atoms/cm3。
[0011]较佳地，所述AlN层的生长厚度为0.5nm～5nm，所述MgAlGaN包覆层的生长厚度为1nm～50nm，所述MgInGaN层的生长厚度为1nm～100nm。
[0012]较佳地，所述多量子阱层包括周期性交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的高光效发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：提供一GaN基衬底；在所述GaN基衬底上依次沉积缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱层；其中，所述多量子阱层朝向空穴注入层的表面形成V形坑结构；在所述多量子阱层沉积所述空穴注入层；其中，所述空穴注入层具有与所述多量子阱层适配的V形坑结构，其包括依次沉积在所述多量子阱层的V形坑结构侧壁上的AlN层和MgN纳米棒层，以及依次沉积在所述MgN纳米棒层上的MgAlGaN包覆层和MgInGaN层；在所述MgInGaN层上依次沉积电子阻挡层和p型GaN层，以完成高光效发光二极管外延片的制备。
[0014]相比现有技术，本专利技术的有益效果为：采用该制备方法相比现有制备方法新增制备空穴注入层，可以有效降低载流子易被穿透位错处的非辐射复合中心所捕获，以及提升空穴从V形坑侧壁的注入效率、均匀性，从而提升发光二极管的发光效率。
[0015]较佳地，所述AlN层的生长气氛采用N2及NH3成分比1：10～10：1的混合气；所述MgN纳米棒层、所述MgAlGaN包覆层以及所述MgInGaN层的生长气氛均采用N2、H2及NH3成分比1：1：1～1：10：10的混合气。
[0016]较佳地，所述AlN层的生长温度为750℃～950℃，所述MgN纳米棒层、所述MgAlGaN包覆层及所述MgInGaN层的生长温度均为650℃～850℃。
[0017]较佳地，所述AlN层、所述MgN纳米棒层、所述MgAlGaN包覆层及所述MgInGaN层生长压力均为50torr～300torr。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些
附图获得其他的附图。
[0019]图1为现有技术提供的对照例的发光二极管外延片断面图；图2为本专利技术各实施例提供的高光效发光二极管外延片断面图。
[0020]附图标记说明：10
‑
GaN基衬底；20
‑
缓冲层；30
‑
非掺杂GaN层；40
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n型GaN层；50
‑
多量子阱层；60
‑
空穴注入层、61
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AlN层、62
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MgN纳米棒层、63
‑
MgAlGaN包覆层、64
‑
MgInGaN层；7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高光效发光二极管外延片，其特征在于，包括GaN基衬底以及依次沉积在所述GaN基衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱层、空穴注入层、电子阻挡层和p型GaN层；所述多量子阱层朝向空穴注入层的表面形成V形坑结构；其中，所述空穴注入层具有与所述多量子阱层适配的V形坑结构，其包括依次沉积在所述多量子阱层的V形坑结构侧壁上的AlN层和MgN纳米棒层，以及依次沉积在所述MgN纳米棒层上的MgAlGaN包覆层和MgInGaN层。2.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述MgN纳米棒层包括MgN纳米棒，所述MgN纳米棒直径为0.5nm～10nm、长度为1nm～20nm，以及相邻两MgN纳米棒的间距为1nm～50nm。3.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述MgAlGaN包覆层的Al组分为0.1～0.15，所述MgInGaN层的In组分为0.03～0.07。4.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述MgAlGaN包覆层的Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3～1E20atoms/cm3，所述MgInGaN层的Mg掺杂浓度为1E19atoms/cm3～1E21atoms/cm3。5.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述AlN层的生长厚度为0.5nm～5nm，所述MgAlGaN包覆层的生长厚度为1nm～50nm，所述MgInGaN层的生长厚度为1nm～100nm。6.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述多量子阱层包括周...

【专利技术属性】
技术研发人员：程龙，郑文杰，高虹，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：