一种外延片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种外延片及其制备方法和应用，所述外延片包括依次层叠设置的n型半导体层、掩膜层、半导体柱、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层；其中，所述半导体柱包括第一极性的柱体和设置在所述柱体周围的第二极性的包覆层；所述柱体部分嵌入所述掩膜层，并与所述n型半导体层接触；所述柱体上的量子阱层与所述包覆层上的量子阱层的发光颜色不同。本发明专利技术通过在n型半导体层一侧外延出具有不同极性的柱体和包覆层，使柱体上设置的量子阱层与包覆层上设置的量子阱层的发光颜色不同，实现双色发光，提高了器件的出光效率和混色效果。提高了器件的出光效率和混色效果。提高了器件的出光效率和混色效果。

【技术实现步骤摘要】
一种外延片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于发光二极管(light
‑
emitting diode，LED)器件
，具体涉及一种外延片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前可使用双色或多色GaN基LED混合发射白光，可以实现无荧光粉的白光照明，提高器件发光效率和使用寿命；该技术多采用单芯片型方案，即在同一外延片上叠层生长具有不同In组分的InGaN/GaN量子阱结构，实现双色或多色发光，从而发射白光。然而该方案存在一些不足之处，由于不同In组分量子阱层堆叠生长，低In组分的量子阱层发射的短波长光会被高In组分量子阱层吸收，导致器件出光效率降低，同时会导致双色或多色发光强度分布不均，影响现白光照明效果；若低In组分量子阱层生长在高In组分量子阱层上方，还会导致高In组分量子阱层分解，使高In组分量子阱层发光波长不稳定性增加、发光效率降低；另外，不同In组分量子阱层的堆叠生长的方案会对上层量子阱层的应力状态产生影响，降低上层量子阱层的晶体质量，导致器件发光效率降低。
[0003]因此，需要研发一种新的外延片以克服上述问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种外延片及其制备方法和应用。本专利技术通过在n型半导体层一侧外延出具有不同极性的柱体和包覆层，使柱体上的量子阱层与包覆层上的量子阱层的In组分含量不同，导致柱体上设置的量子阱层与包覆层上设置的量子阱层的发光颜色不同，实现双色发光，提高了器件的出光效率和发光强度均匀性。
[0005]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种外延片，所述外延片包括依次层叠设置的n型半导体层、掩膜层、半导体柱、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层；
[0007]其中，所述半导体柱包括第一极性的柱体和设置在所述柱体周围的第二极性的包覆层；
[0008]所述柱体部分嵌入所述掩膜层，并与所述n型半导体层接触；
[0009]所述柱体上的量子阱层与所述包覆层上的量子阱层的发光颜色不同。
[0010]本专利技术中，在n型半导体层一侧外延出具有不同极性的柱体和包覆层，由于不同极性的柱体和包覆层对In的并入效率不同，使柱体上的量子阱层与包覆层上的量子阱层的In组分含量不同，进而导致柱体上设置的量子阱层与包覆层上设置的量子阱层的发光颜色不同，实现双色发光。且本专利技术中，两种不同In组分的量子阱层水平排列，不存在不同In组分量子阱层堆叠生长方案中上层量子阱层的应力状态受到影响的问题，避免了低In组分量子阱发光被高In组分量子阱吸收、高In组分量子阱层分解的问题，能够提升器件出光效率，改善发光强度不均匀的问题，混色效果较好。
[0011]以下作为本专利技术的优选技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通
过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的目的和有益效果。
[0012]作为本专利技术的优选技术方案，所述量子阱层包括第一量子阱子层以及包覆在所述第一量子阱子层周围的第二量子阱子层；
[0013]所述第一量子阱子层设置于所述柱体上，所述第一量子阱子层的发光颜色为第一颜色；
[0014]所述第二量子阱子层设置于所述包覆层上，所述第二量子阱子层的发光颜色为第二颜色。
[0015]优选地，所述第一颜色为蓝色或蓝
‑
绿色，所述第二颜色为黄色或绿
‑
黄色。
[0016]本专利技术中，由于半导体柱中柱体和包覆层的极性不同，不同极性的柱体和包覆层对In的并入效率不同，在相同的成长条件下，可以实现柱体上的量子阱层与包覆层上的量子阱层的In组分含量不同，得到发光颜色不同、水平排列的设置于柱体一侧的第一量子阱子层和设置于包覆层一侧的第二量子阱子层。
[0017]作为本专利技术的优选技术方案，所述包覆层与所述掩膜层远离所述n型半导体层的表面接触；
[0018]所述半导体柱与所述量子阱层靠近的表面为水平面。
[0019]本专利技术中，柱体部分嵌入掩膜层，裸露在掩膜层上方的柱体的周围设置有包覆层，因此，包覆层与掩膜层远离n型半导体层的表面接触，且柱体远离n型半导体层一侧的表面与包覆层远离n型半导体层一侧的表面持平，使得半导体柱与量子阱层靠近的表面为水平面，方便后续制备沿着水平面排列的第一量子阱子层与第二量子阱子层，两个量子阱子层能够沿着同一方向出光，避免出现某一量子阱层出射的光被另一量子阱层吸收的问题，有助于提升发光效率。
[0020]作为本专利技术的优选技术方案，所述掩膜层具有窗口，所述柱体包括第一子柱体以及设置在所述第一子柱体上的第二子柱体；
[0021]所述第一子柱体设置于所述窗口内，且与所述n型半导体层接触。
[0022]本专利技术中，窗口的尺寸与柱体的尺寸相同。
[0023]作为本专利技术的优选技术方案，所述第一极性为氮极性，所述第二极性为镓极性。
[0024]本专利技术中，通过在掩膜层的窗口内设置第一子柱体，并使第一子柱体与n型半导体层接触，进而使第一子柱体延续n型半导体层的极性(即氮极性)，然后在第一子柱体远离n型半导体层的一侧设置第二子柱体和包覆在第二子柱体的包覆层，由于第二子柱体与第一子柱体接触，因此，第二子柱体延续第一子柱体的极性，进而得到具有氮极性的柱体；由于包覆层下表面与掩膜层远离n型半导体层的表面接触，其成核能较低，进而得到具有镓极性的包覆层。
[0025]所述量子阱层为InGaN/GaN量子阱层，所述n型半导体层为氮极性的n型氮化物层，所述p型半导体层为p型氮化物层。
[0026]优选地，所述柱体的直径为100nm
‑
5μm，例如可以是100nm、200nm、500nm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm等。
[0027]优选地，任意两个相邻的所述柱体之间的间距为100nm
‑
10μm，例如可以是100nm、200nm、500nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等。
[0028]需要说明的是，本专利技术中，任意两个相邻的所述柱体之间的间距是指任意两个相
邻的柱体边缘之间的最小距离。
[0029]优选地，所述包覆层的厚度为10nm
‑
1.5μm，例如可以是10nm、50nm、100nm、200nm、400nm、600nm、800nm、1μm、1.2μm或1.5μm等。
[0030]本专利技术中，通过控制包覆层的厚度在特定的范围内，可控制具有第一极性的柱体和具有第二极性的包覆层之间的面积比，从而控制柱体上的量子阱层与包覆层上的量子阱层之间的面积比，进而控制不同波长LED的发光效率比，得到出光效率高、混色效果好的LED器件。本专利技术中，包覆层的高度为柱体的高度与掩膜层的厚度的差值，即包覆层的高度与第二子柱体的高度相同。
[0031]所述包覆层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外延片，其特征在于，所述外延片包括依次层叠设置的n型半导体层、掩膜层、半导体柱、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层；其中，所述半导体柱包括第一极性的柱体和设置在所述柱体周围的第二极性的包覆层；所述柱体部分嵌入所述掩膜层，并与所述n型半导体层接触；所述柱体上的量子阱层与所述包覆层上的量子阱层的发光颜色不同。2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述量子阱层包括第一量子阱子层以及包覆在所述第一量子阱子层周围的第二量子阱子层；所述第一量子阱子层设置于所述柱体上，所述第一量子阱子层的发光颜色为第一颜色；所述第二量子阱子层设置于所述包覆层上，所述第二量子阱子层的发光颜色为第二颜色。3.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述包覆层与所述掩膜层远离所述n型半导体层的表面接触；所述半导体柱与所述量子阱层靠近的表面为水平面。4.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述掩膜层具有窗口，所述柱体包括第一子柱体以及设置在所述第一子柱体上的第二子柱体；所述第一子柱体设置于所述窗口内，且与所述n型半导体层接触。5.根据权利要求2所述的外延片，其特征在于，所述第一极性为氮极性，所述第二极性为镓极性；所述量子阱层为InGaN/GaN量子阱层，所述n型半导体层为氮极性的n型氮化物层，所述p型半导体层为p型氮化物层；优选地，所述柱体的直径为100nm
‑
5μm；优选地，任意两个相邻的所述柱体之间的间距为100nm
‑
10μm；优选地，所述包覆层的厚度为10nm
‑
1.5μm，包覆层的高度为500nm
‑
2μm；优选地，所述第一量子阱子层的In组分含量为10％～15％，所述第二量子阱子层的In组分含量为20％～25％；优选地，所述量子阱层的厚度为2
‑
4nm，所述n型半导体层的厚度为100
‑
500nm，所述掩膜层的厚度为10
‑
100nm，所述电子阻挡层的厚度为10
‑
30nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：王阳，王国斌，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：