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衬底，依次层叠于衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑层、第一多量子阱层、第二多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；第一多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的In

【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]GaN基发光二极管中，由于GaN材料与衬底存在一定的晶格失配、热失配，因此会产生位错。这些位错会穿透到多量子阱有源区，形成V型缺陷（简称V坑）。研究表明，V坑可以起到屏蔽位错的作用，提升有源区质量，提升发光二极管外延片的发光效率。此外，P区的空穴还可从V坑侧壁进入有源区，提升发光效率。但这种V坑侧壁也是电子溢出的通道，会导致电子向P型区泄露，这会导致抗静电能力下降，甚至也会影响发光效率。

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、抗静电能力，且工作电压正常。
[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。
[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，其包括衬底，依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑层、第一多量子阱层、第二多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；所述第一多量子阱层为周期性结构，周期数为2~14，每个周期的第一多量子阱层均包括依次层叠的In
x
Ga1‑
x
N层和第一GaN层，其中，x为0.22~0.35；所述第二多量子阱层包括依次层叠的In
y
Ga1‑
y
N层、InBGaN层、Al/>z
Ga1‑
z
N层和AlN层；其中，y为0.15~0.25，z为0.4~0.6，且y＜x。
[0006]作为上述技术方案的改进，所述In
x
Ga1‑
x
N层的厚度为2nm~5nm，所述第一GaN层的厚度为5nm~15nm；所述In
y
Ga1‑
y
N层的厚度为2nm~10nm，所述InBGaN层的厚度为3nm~8nm，所述Al
z
Ga1‑
z
N层的厚度为2nm~10nm，所述AlN层的厚度为3nm~5nm。
[0007]作为上述技术方案的改进，所述InBGaN层中B组分占比为0.1~0.3，In组分占比为0.08~0.2。
[0008]作为上述技术方案的改进，所述In
x
Ga1‑
x
N层生长结束后，在H2和N2的混合气体气氛中、650℃~800℃下退火10s~20s，其中，H2和N2的体积比为1:4~1:8。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述V坑层为周期性结构，周期数为3~10，每个周期的V坑层均包括依次层叠的InN纳米棒层、P
‑
In
α
Ga1‑
α
N包裹层和第二GaN层；其中，α为0.18~0.25。
[0010]作为上述技术方案的改进，所述InN纳米棒层包括多个阵列分布的InN纳米棒，所述InN纳米棒的高度为2nm~5nm，长度为10nm~30nm；所述P
‑
In
α
Ga1‑
α
N包裹层的厚度为4nm~10nm，其掺杂元素为Mg，掺杂浓度为3
×
10
16
cm
‑3~5
×
10
17
cm
‑3；所述第二GaN层的厚度为3nm~12nm。
[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：提供衬底；在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑层、第一多量子阱层、第二多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；所述第一多量子阱层为周期性结构，周期数为2~14，每个周期的第一多量子阱层均包括依次层叠的In
x
Ga1‑
x
N层和第一GaN层，其中，x为0.22~0.35；所述第二多量子阱层包括依次层叠In
y
Ga1‑
y
N层、InBGaN层、Al
z
Ga1‑
z
N层和AlN层；其中，y为0.15~0.25，z为0.4~0.6，且y＜x。
[0012]作为上述技术方案的改进，所述In
x
Ga1‑
x
N层的生长温度为750℃~800℃，生长压力为100torr~500torr；所述第一GaN层的生长温度为820℃~900℃，生长压力为100torr~500torr；所述In
y
Ga1‑
y
N层的生长温度为750℃~800℃，生长压力为100torr~500torr；所述InBGaN层的生长温度为800℃~900℃，生长压力为100torr~500torr；所述Al
z
Ga1‑
z
N层的生长温度为750℃~850℃，生长压力为100torr~500torr；所述AlN层的生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~500torr。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述V坑层包括InN纳米棒层、P
‑
In
α
Ga1‑
α
N包裹层和第二GaN层；所述InN纳米棒层的制备方法为：生长InN层，刻蚀形成多个纳米棒；其中，所述InN层的生长温度为650℃~750℃，生长压力为100torr~500torr；所述P
‑
In
α
Ga1‑
α
N包裹层的生长温度为700℃~800℃，生长压力为100torr~500torr；所述第二GaN层的生长温度为750℃~850℃，生长压力为100torr~500torr。
[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包括第一多量子阱层和第二多量子阱层，其中，靠近P型GaN层的第二多量子阱层包括依次层叠的In
y
Ga1‑
y
N层、InBGaN层、Al
z
Ga1‑
z
N层和AlN层。其中，In
y
Ga1‑
y
N层中In组分的占比较小（y=0.15~0.25），使得生长在V坑侧壁的In
y
Ga1‑
y
N层、InBGaN层、Al
z
Ga1‑
z
N层和AlN层的厚度变薄，从而使得P型GaN层与V坑侧壁量子阱之间的空穴注入势垒有效降低，进而使得P型GaN层中的空穴更容易地经V坑侧壁注入量子阱中，提升了发光二极管外延片的发光效率。其中，InBGaN层、Al
z
Ga1‑
z
N层AlN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，依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑层、第一多量子阱层、第二多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；所述第一多量子阱层为周期性结构，周期数为2~14，每个周期的第一多量子阱层均包括依次层叠的In
x
Ga1‑
x
N层和第一GaN层，其中，x为0.22~0.35；所述第二多量子阱层包括依次层叠的In
y
Ga1‑
y
N层、InBGaN层、Al
z
Ga1‑
z
N层和AlN层；其中，y为0.15~0.25，z为0.4~0.6，且y＜x。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In
x
Ga1‑
x
N层的厚度为2nm~5nm，所述第一GaN层的厚度为5nm~15nm；所述In
y
Ga1‑
y
N层的厚度为2nm~10nm，所述InBGaN层的厚度为3nm~8nm，所述Al
z
Ga1‑
z
N层的厚度为2nm~10nm，所述AlN层的厚度为3nm~5nm。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InBGaN层中B组分占比为0.1~0.3，In组分占比为0.08~0.2。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In
x
Ga1‑
x
N层生长结束后，在H2和N2的混合气体气氛中、650℃~800℃下退火10s~20s，其中，H2和N2的体积比为1:4~1:8。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坑层为周期性结构，周期数为3~10，每个周期的V坑层均包括依次层叠的InN纳米棒层、P
‑
In
α
Ga1‑
α
N包裹层和第二GaN层；其中，α为0.18~0.25。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InN纳米棒层包括多个阵列分布的InN纳米棒，所述InN纳米棒的高度为2nm~5nm，长度为10nm~30nm；所述P
‑
In
α
Ga1‑
α
N包裹层的厚度为4nm~10nm，其掺杂元素为Mg，掺杂浓度为3
×
10
16
cm
‑3~5
×
10
17
...

【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：