一种多量子阱层及其制备方法、发光二极管技术

本发明专利技术公开了一种多量子阱层及其制备方法、发光二极管，涉及半导体技术领域，该多量子阱层包括预设周期交替层叠的复合势阱层和势垒层；所述复合势阱层包括依次层叠的第一复合子层、InGaN势阱层、以及第二复合子层，所述势垒层为AlGaN层；所述第一复合子层包括依次层叠的ScN层、SiGaN层以及InSiN层，所述第二复合子层包括依次层叠的所述InSiN层、所述SiGaN层以及所述ScN层，所述第一复合子层和所述第二复合子层中各个层相对于所述InGaN势阱层对称设置，本发明专利技术能够解决现有技术中InGaN量子阱中较高的In组分与GaN量子垒之间存在晶格失配，会产生量子限制斯塔克效应，导致发光效率下降的技术问题。下降的技术问题。下降的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多量子阱层及其制备方法、发光二极管


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种多量子阱层及其制备方法、发光二极管。

技术介绍

[0002]发光二极管(LightEmitting Diode，LED)，是一种半导体组件。LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。根据使用功能的不同，可以将其划分为信息显示、信号灯、车用灯具、液晶屏背光源、通用照明五大类。
[0003]目前比较常见的发光二极管采用氮化镓（GaN）基发光二极管，通常采用InGaN/GaN多量子阱作为有源区。因此高质量的InGaN/GaN多量子阱是实现高效率、高亮度发光管的关键，但是，InGaN量子阱中较高的In组分会使得与GaN量子垒之间的晶格失配增大，导致InGaN量子阱中存在巨大的压电场，从而产生量子限制斯塔克效应（QCSE）。QCSE效应将会减少量子阱中电子和空穴波函数之间的耦合度，从而使得发光二极管内量子效率降低，发光效率下降。

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多量子阱层及其制备方法、发光二极管，旨在解决现有技术中InGaN量子阱中较高的In组分与GaN量子垒之间存在晶格失配，会产生量子限制斯塔克效应，导致发光效率下降的技术问题。
[0005]本专利技术的第一方面在于提供一种多量子阱层，所述多量子阱层包括：预设周期交替层叠的复合势阱层和势垒层；所述复合势阱层包括依次层叠的第一复合子层、InGaN势阱层、以及第二复合子层，所述势垒层为AlGaN层；所述第一复合子层包括依次层叠的ScN层、SiGaN层以及InSiN层，所述第二复合子层包括依次层叠的所述InSiN层、所述SiGaN层以及所述ScN层，所述第一复合子层和所述第二复合子层中各个层相对于所述InGaN势阱层对称设置。
[0006]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：通过本专利技术提供的一种多量子阱层，能有效地降低晶格失配，提高发光二极管的发光效率，多量子阱层包括：预设周期交替层叠的复合势阱层和势垒层；所述复合势阱层包括依次层叠的第一复合子层、InGaN势阱层、以及第二复合子层，所述势垒层为AlGaN层；所述第一复合子层包括依次层叠的ScN层、SiGaN层以及InSiN层，所述第二复合子层包括依次层叠的所述InSiN层、所述SiGaN层以及所述ScN层，所述第一复合子层和所述第二复合子层中各个层相对于所述InGaN势阱层对称设置，在InGaN势阱层前设置第一复合子层，以减少位错延伸至InGaN势阱层，提高InGaN势阱层的晶体质量，降低载流子在InGaN势阱层非辐射复合，在预设周期中，第一复合子层和第二复合子层的设置，均以ScN层贴合势垒层，ScN材料的晶格常数与GaN材料的晶格常数相近，将会
有效地降低势垒层与InGaN势阱层之间的晶格失配，降低极化效应，提高电子和空穴波函数之间的耦合度，提高发光二极管内量子效率，提高发光效率，再通过SiGaN层以及InSiN层的过渡，进一步降低晶格失配，进一步提高发光效率，从而解决了InGaN量子阱中较高的In组分与GaN量子垒之间存在晶格失配，会产生量子限制斯塔克效应，导致发光效率下降的技术问题。
[0007]根据上述技术方案的一方面，所述第一复合子层和所述第二复合子层的厚度均为1nm
‑
10nm，所述ScN层、所述SiGaN层以及所述InSiN层的厚度比为1：（1
‑
20）：（1
‑
10）。
[0008]根据上述技术方案的一方面，所述SiGaN层中Si组分占比为0.01
‑
0.5，所述InSiN层中In组分占比为0.01
‑
0.5。
[0009]根据上述技术方案的一方面，所述InGaN势阱层的厚度为1nm
‑
10nm，所述InGaN势阱层中In组分占比为0.01
‑
0.5。
[0010]根据上述技术方案的一方面，所述预设周期为1
‑
20。
[0011]根据上述技术方案的一方面，所述势垒层的厚度为5nm
‑
50nm，所述势垒层中Al组分占比为0.01
‑
0.5。
[0012]本专利技术的第二方面在于提供一种多量子阱层的制备方法，用于制备上述任一项所述的多量子阱层，所述制备方法包括：提供一生长所需的N型半导体层；在所述N型半导体层上依次以预设周期交替生长复合势阱层和势垒层，其中，所述复合势阱层包括依次生长的第一复合子层、InGaN势阱层、第二复合子层，所述势垒层为AlGaN层；所述第一复合子层包括依次生长的ScN层、SiGaN层以及InSiN层，所述第二复合子层包括依次生长的所述InSiN层、所述SiGaN层以及所述ScN层，所述第一复合子层和所述第二复合子层中各个层相对于所述InGaN势阱层对称设置。
[0013]根据上述技术方案的一方面，所述复合势阱层的生长步骤，具体包括：将温度调节至第一预设温度，压力调节至50Torr
‑
500Torr，在N2/NH3气氛中依次生长ScN层、SiGaN层以及InSiN层，形成第一复合子层；保持压力和气氛不变，将温度调节至第二预设温度，在所述第一复合子层上生长InGaN势阱层；保持压力和气氛不变，将温度调节至所述第一预设温度，在所述InGaN势阱层上依次生长所述InSiN层、所述SiGaN层以及所述ScN层，形成第二复合子层；其中，所述第二预设温度为700℃
‑
900℃，所述第一预设温度比所述第二预设温度高10℃
‑
200℃，所述N2/NH3气氛中N2和NH3的比例为1：（1
‑
10）。
[0014]根据上述技术方案的一方面，所述势垒层的生长步骤，具体包括：将温度调节至800℃
‑
1000℃，压力调节至50Torr
‑
500Torr，在所述复合势阱层上生长厚度为5nm
‑
50nm的AlGaN层，其中，Al组分占比为0.01
‑
0.5。
[0015]本专利技术的第三方面在于提供一种发光二极管，包括衬底、以及依次层叠于所述衬底之上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层，所述多量子阱层为上述任一项所述的多量子阱层。
附图说明
[0016]本专利技术的上述与/或附加的方面与优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显与容易理解，其中：图1为本专利技术中的多量子阱层的结构示意图；图2为本专利技术中的复合势阱层的结构示意图；图3为本专利技术中的多量子阱层的制备方法的流程图；图4为本专利技术中的发光二极管的结构示意图；附图元器件符号说明：衬底100，缓冲层200，非掺杂GaN层300，N型半导体层400，多量子阱层500，ScN层501，SiGaN层502，InSi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多量子阱层，其特征在于，所述多量子阱层包括：预设周期交替层叠的复合势阱层和势垒层；所述复合势阱层包括依次层叠的第一复合子层、InGaN势阱层、以及第二复合子层，所述势垒层为AlGaN层；所述第一复合子层包括依次层叠的ScN层、SiGaN层以及InSiN层，所述第二复合子层包括依次层叠的所述InSiN层、所述SiGaN层以及所述ScN层，所述第一复合子层和所述第二复合子层中各个层相对于所述InGaN势阱层对称设置。2.根据权利要求1所述的多量子阱层，其特征在于，所述第一复合子层和所述第二复合子层的厚度均为1nm
‑
10nm，所述ScN层、所述SiGaN层以及所述InSiN层的厚度比为1：（1
‑
20）：（1
‑
10）。3.根据权利要求2所述的多量子阱层，其特征在于，所述SiGaN层中Si组分占比为0.01
‑
0.5，所述InSiN层中In组分占比为0.01
‑
0.5。4.根据权利要求1所述的多量子阱层，其特征在于，所述InGaN势阱层的厚度为1nm
‑
10nm，所述InGaN势阱层中In组分占比为0.01
‑
0.5。5.根据权利要求1所述的多量子阱层，其特征在于，所述预设周期为1
‑
20。6.根据权利要求1所述的多量子阱层，其特征在于，所述势垒层的厚度为5nm
‑
50nm，所述势垒层中Al组分占比为0.01
‑
0.5。7.一种多量子阱层的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1
‑
6任一项所述的多量子阱层，所述制备方法包括：提供一生长所需的N型半导体层；在所述N型半导体层上依次以预设周期交替生长复合势阱层和势垒层，其中，所述复合势阱层包括依次生长的第一复合子层、I...

【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：