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。其中，发光二极管外延片包括图形化衬底，依次层叠于图形化衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；图形化衬底上设有多个阵列分布的凸起图形；缓冲层包括依次层叠的第一子层和第二子层；第二子层包括依次层叠的三维AlN层和二维AlN层；第一子层包括多个MoSe2岛，其分布在相邻凸起图形之间，且MoSe2岛的高度小于凸起图形的高度，MoSe2岛的宽度小于相邻凸起图形之间的距离。实施本发明专利技术，可提升发光二极管的发光效率。可提升发光二极管的发光效率。可提升发光二极管的发光效率。

【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]图形化衬底是指表面带有周期性图形的衬底，其一般为金字塔状或圆锥状。图形化衬底可降低衬底与外延材料之间晶格失配，减少多量子阱层内的非辐射复合，有利于提升发光效率。此外，图形化衬底也会提升光提取效率（尤其是倒装LED），也提升了外量子效率。但是，图形化衬底依然无法完全消弭衬底与外延材料之间的晶格失配，因此还是会产生较多缺陷，尤其是在图形顶端，会产生较多的缺陷，尤其是产生较多的穿透位错，影响了发光二极管外延片的发光效率。

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。
[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。
[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，包括图形化衬底，依次层叠于所述图形化衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；所述图形化衬底上设有多个阵列分布的凸起图形；所述缓冲层包括依次层叠的第一子层和第二子层；所述第二子层包括依次层叠的三维AlN层和二维AlN层；其中，所述第一子层包括多个MoSe2岛，其分布在相邻凸起图形之间，且MoSe2岛的高度小于所述凸起图形的高度，MoSe2岛的宽度小于相邻所述凸起图形之间的距离。
[0006]作为上述技术方案的改进，所述第一子层的制备方法为：在所述图形化衬底上生长MoO3层，在含氧气氛、400℃~600℃下退火10min~30min，然后在含有硒源的气氛、600℃~700℃下硒化处理30min~60min，即得到多个MoSe2岛。
[0007]作为上述技术方案的改进，所述第一子层的制备方法为：在所述图形化衬底上生长MoO3层，在空气气氛、500℃~600℃下退火20min~30min，然后在含有硒源的气氛、600℃~700℃下硒化处理30min~60min，即得到多个MoSe2岛。
[0008]作为上述技术方案的改进，所述凸起图形的高度为500nm~2500nm，相邻凸起图形之间的距离为500nm~1500nm；所述MoSe2岛的高度为50nm~200nm，所述MoSe2岛的宽度为200nm~500nm；所述三维AlN层中Al组分占比为0.45~0.6，其厚度为100nm~500nm；所述二维AlN层中Al组分占比为0.3~0.4，其厚度为500nm~1500nm。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述第二子层为周期性结构，其周期数为10~20；其中，单个三维AlN层的厚度为5nm~20nm，单个二维AlN层的厚度为40nm~100nm。
[0010]作为上述技术方案的改进，所述缓冲层还包括层叠于所述第二子层上的第三子层，所述第三子层为周期性结构，其周期数为3~10，第三子层每个周期均包括依次层叠的InAlGaN层和AlGaN层；单个所述InAlGaN层的厚度为5nm~10nm，单个AlGaN层的厚度为3nm~5nm。
[0011]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：提供图形化衬底，在所述图形化衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；其中，所述图形化衬底上设有多个阵列分布的凸起图形；所述缓冲层包括依次层叠的第一子层和第二子层；所述第二子层包括依次层叠的三维AlN层和二维AlN层；所述第一子层包括多个MoSe2岛，其分布在相邻凸起图形之间，且MoSe2岛的高度小于所述凸起图形的高度，MoSe2岛的宽度小于相邻所述凸起图形之间的距离。
[0012]作为上述技术方案的改进，所述第一子层的制备方法为：在所述图形化衬底上生长MoO3层，在含氧气氛、400℃~600℃退火10min~30min，然后在含有硒源的气氛、600℃~700℃硒化处理30min~60min，即得到多个MoSe2岛；所述MoO3层通过ALD法生长，生长时所采用的Mo源为Mo(CO)6，所采用的O源为O3，所采用的载气为Ar，生长温度为150℃~200℃；所述三维AlN层通过MOCVD法生长，其生长温度为1100℃~1300℃，生长压力为300torr~600torr；所述二维AlN层通过MOCVD法生长，其生长温度为900℃~1000℃，生长压力为50torr~200torr。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述缓冲层还包括层叠于所述第二子层上的第三子层，所述第三子层包括InAlGaN层和AlGaN层；所述InAlGaN层通过MOCVD法生长，其生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~300torr；所述AlGaN层通过MOCVD法生长，其生长温度为1000℃~1100℃，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，缓冲层包括第一子层和第二子层，其中，第一子层包括多个分布在图形化衬底的凸起图形之间的MoSe2岛，后续第二子层中的三维AlN层会沿着MoSe2岛继续生长，穿过MoSe2岛，形成强烈的侧向生长，从而切断了大量的穿透位错缺陷，具体的，可将位错缺陷由10
10
cm
‑2降低至105cm
‑2级别，进一步的，通过二维AlN层形成光滑的表面，降低晶界密度，为后续外延结构的生长奠定良好的基础，从而减少位错延伸，减少多量子阱层的非辐射复合，提升发光效率。
[0016]2、本专利技术的发光二极管外延片，MoSe2岛通过沉积MoO3层
‑
含氧气氛退火
‑
含硒源气氛退火的方式形成。一者，通过该工艺，在相邻凸起图形之间形成了MoSe2岛；二者，基于该方式形成的MoSe2岛内部呈多层状，相邻层之间以范德华力连接，可有效减少位错的延伸。
进一步的，本专利技术将MoO3层在空气气氛中进行退火，空气中的N2会与暴露的凸起图形（Al2O3）反应，形成AlN
x
O1‑
x
中间物，提升后续第二子层的晶体质量，提升发光效率。
[0017]3、本专利技术的发光二极管外延片，第二子层可采用交替层叠的三维AlN层和二维AlN层所形成的周期性结构，这种三维生长与二维生长交替的形式对刃型位错具有很强的扭曲作用，进一步减少了位错的延伸，减少多量子阱层的非辐射复合，提升发光效率。
[0018]4、本专利技术的发光二极管外延片中，缓冲层还包括了第三子层，其为交替层叠的InAlGaN层和AlGaN层组成的周期性结构，其可形成晶格常数渐变的缓冲结构，为后续外延层的生长提供良好条件，进一步提升发光效率。
附图说明
[0019]图1是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片，包括图形化衬底，依次层叠于所述图形化衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；其特征在于，所述图形化衬底上设有多个阵列分布的凸起图形；所述缓冲层包括依次层叠的第一子层和第二子层；所述第二子层包括依次层叠的三维AlN层和二维AlN层；其中，所述第一子层包括多个MoSe2岛，其分布在相邻凸起图形之间，且MoSe2岛的高度小于所述凸起图形的高度，MoSe2岛的宽度小于相邻所述凸起图形之间的距离。2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层的制备方法为：在所述图形化衬底上生长MoO3层，在含氧气氛、400℃~600℃下退火10min~30min，然后在含有硒源的气氛、600℃~700℃下硒化处理30min~60min，即得到多个MoSe2岛。3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层的制备方法为：在所述图形化衬底上生长MoO3层，在空气气氛、500℃~600℃下退火20min~30min，然后在含有硒源的气氛、600℃~700℃下硒化处理30min~60min，即得到多个MoSe2岛。4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述凸起图形的高度为500nm~2500nm，相邻凸起图形之间的距离为500nm~1500nm；所述MoSe2岛的高度为50nm~200nm，所述MoSe2岛的宽度为200nm~500nm；所述三维AlN层中Al组分占比为0.45~0.6，其厚度为100nm~500nm；所述二维AlN层中Al组分占比为0.3~0.4，其厚度为500nm~1500nm。5.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子层为周期性结构，其周期数为10~20；其中，单个三维AlN层的厚度为5nm~20nm，单个二维AlN层的厚度为40nm~100nm。6.如权利要求1~5任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述缓冲层还包括层叠于所述第二子层上的第三子层，所述第三子层为周期性结构，其周期数为3~10，第三子层每个周期均包括依次层叠的In...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文杰，曹斌斌，程龙，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：