一种多量子阱层及其制备方法、外延片及发光二极管技术

本发明专利技术提供一种多量子阱层及其制备方法、外延片及发光二极管，所述多量子阱层包括周期性层叠设置的量子阱层和垒层；其中，所述垒层包括依次层叠设置在所述量子阱层上的第一插入层、量子垒层以及第二插入层，所述量子阱层为Al

【技术实现步骤摘要】
一种多量子阱层及其制备方法、外延片及发光二极管


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

技术介绍

[0002]发光二极管（Light
‑
EmittingDiode，LED）是一种将电能转化为光能的半导体电子器件。LED作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，已经被广泛应用于交通信号灯、汽车灯、室内外照明、显示屏。GaN基紫外LED可以调控覆盖几乎整个紫外光谱范围（210nm
‑
400nm）。依据辐射波长和光功率，紫外（UV）LED器件可以得到很宽范围的应用，包括水净化、杀菌消毒、光催化、环境侦测、植物生长照明和光疗等等。已经成为了理想的深紫外光源选择，正成为研究机构和产业界关注的热点领域。
[0003]当前影响紫外LED发展的最重要因素就是其发光效率。和蓝光LED相比，紫外LED发光效率很低，如果能够提升其发光效率，紫外LED将会迎来更大的发展空间。
[0004]目前，紫外LED外延量子阱发光层一般采用InGaN/AlGaN多量子阱层结构，相比较InGaN/GaNMQWs，InGaN/AlGaNMQWs中InGaN阱与AlGaN垒之间的晶格失配更大，这使MQWs中与晶格失配相关的极化场增大，导致更加严重的量子限制斯塔克效应（QCSE）效应。其次，AlGaN与InGaN材料的适宜生长温度相差较大（>200℃），这使得高质量的InGaN/AlGaNMQWs材料难以获得。因此，目前紫外LED的发光效率仍然存在发光效率低的问题。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的是提供多量子阱层及其制备方法、外延片及发光二极管，旨在解决现有技术中的外延片发光效率低的问题。
[0006]本专利技术实施例是这样实现的：一方面，本专利技术提出一种多量子阱层，包括周期性层叠设置的量子阱层和垒层；其中，所述垒层包括依次层叠设置在所述量子阱层上的第一插入层、量子垒层以及第二插入层，所述量子阱层为Al
m
Ga
n
N层，所述量子垒层为In
x
Ga
y
N层，所述第一插入层和第二插入层均为GaN层，所述第一插入层与量子阱层的生长温度相同，所述第二插入层与量子垒层的生长温度相同，最后一个所述量子垒层上设有多个相互间隔且延伸至最后一个量子阱层的V型坑。
[0007]另外，根据本专利技术提出的多量子阱层，还可以具有如下的附加技术特征：进一步的，相邻两个所述V型坑的间距为0.15um
‑
0.3um，所述V型坑的开口长度0.15um
‑
0.3um。
[0008]进一步的，单个周期内，所述量子阱层的生长厚度为3nm~6nm，所述量子垒层的生长厚度为8nm~14nm，所述第一插入层和第二插入层的生长厚度均为1nm~3nm。
[0009]进一步的，所述In
x
Ga
y
N层中，x+y=1；所述Al
m
Ga
n
N层中，m+n=1。
[0010]进一步的，所述量子阱层和垒层的生长周期为9~13。
[0011]另一方面，本专利技术提出一种多量子阱层的制备方法，用于制备上述的多量子阱层，所述方法包括：按预设周期依次生长In
x
Ga
y
N层、GaN层、Al
m
Ga
n
N层、GaN层以形成量子阱层、第一插入层、量子垒层以及第二插入层；利用ICP刻蚀的在最后一个所述量子垒层上形成多个相互间隔的且延伸至最后一个所述量子阱层的V型坑以形成所述多量子阱层；其中，所述第一插入层和第二插入层均为GaN层，所述第一插入层与量子阱层的生长温度相同。
[0012]进一步的，上述多量子阱制备方法，其中，所述第一插入层与量子阱层的生长温度均为1000℃
‑
1100℃，所述第二插入层与量子垒层的生长温度均为950℃
‑
1080℃，所述多量子阱层的生长压力为130 Torr
‑
280Torr。
[0013]再一方面，本专利技术提出一种外延片，包括上述的多量子阱层，所述外延片还包括衬底、缓冲层、过渡层、第一AlGaN层、第二AlGaN层、第三AlGaN层、电子阻挡层、空穴注入层、P型GaN层以及P型GaN欧姆接触层；所述缓冲层、过渡层、第一AlGaN层、第二AlGaN层、第三AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、空穴注入层、P型GaN层以及P型GaN欧姆接触层依次层叠在所述衬底上。
[0014]进一步的，所述缓冲层和过渡层均为AlN层，所述电子阻挡层和空穴注入层均为掺杂Mg的AlGaN层。
[0015]再一方面，本专利技术提出一种发光二极管，包括上述任一项所述的外延片与现有技术相比，本专利技术实施例具有以下有益效果：1、由于最后一个量子垒与AlGaN电子阻挡层（EBL）的界面处的能带弯曲严重，导带处限制电子的有效势垒高度下降，价带处空穴注入的势垒升高。前者使电子容易泄露至p
‑
GaN发生非辐射复合，后者阻碍了空穴从p
‑
GaN注入到多量子阱层（MQWs）中。通过在多量子阱层的最后一个量子阱层设计V型坑结构，一方面，削弱了最后一个量子垒与电子阻挡层（EBL）界面间的极化效应，从而使对电子的有效势垒高度增加，对空穴的有效势垒高度降低，大大提高了电子阻挡层（EBL）对电子的限制能力及空穴的传输效率，改善了LED的载流子输运性能和光电性能；2、In
x
Ga
y
N/GaN/Al
m
Ga
n
N/GaN的多量子阱层结构一方面，GaN/AlGaN/GaN垒在保持了对电子较强限制能力的前提下，缓解了由极化引起的QCSE效应，提升了多量子阱层中的电子
‑
空穴空间重合度和载流子的辐射复合效率；另一方面，两步温度控制的GaN层作为InGaN阱的保护层，避免了In的解析，又有效减少了MQWs中的缺陷，有效提高MQWs的质量，这两方面原因提高了LED的光输出功率；3、通过在多量子阱层的最后一个量子阱层设计V型坑结构还可以提高材料的晶体质量，因为V型坑的侧壁会部分暴露In
x
Ga
y
N层、GaN
‑
1层以及Al
m
Ga
n
N层，第二插入层的GaN层在生长时，GaN层内的缺陷在移动到V型坑的侧壁处时，会被侧壁暴露的In
x
Ga
y
N层、第一插入层的GaN层以及Al
m
Ga
n
N层阻挡，缺陷不会继续向上移动，能有效提高第二插入层的GaN层的晶体质量，并提高在第二插入层的GaN层生长的EBL和空穴注入层的晶体质量，最终提高LED外延片的质量，最终提高了发光效率。
附图说明
[0016]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，包括周期性层叠设置的量子阱层和垒层；其中，所述垒层包括依次层叠设置在所述量子阱层上的第一插入层、量子垒层以及第二插入层，所述量子阱层为Al
m
Ga
n
N层，所述量子垒层为In
x
Ga
y
N层，所述第一插入层和第二插入层均为GaN层，所述第一插入层与量子阱层的生长温度相同，所述第二插入层与量子垒层的生长温度相同，最后一个所述量子垒层上设有多个相互间隔且延伸至最后一个量子阱层的V型坑。2.根据权利要求1所述的多量子阱层，其特征在于，相邻两个所述V型坑的间距为0.15um
‑
0.3um，所述V型坑的开口长度0.15um
‑
0.3um。3.根据权利要求1所述的多量子阱层，其特征在于，单个周期内，所述量子阱层的生长厚度为3nm~6nm，所述量子垒层的生长厚度为8nm~14nm，所述第一插入层和第二插入层的生长厚度均为1nm~3nm。4.根据权利要求1所述的多量子阱层，其特征在于，所述In
x
Ga
y
N层中，x+y=1；所述Al
m
Ga
n
N层中，m+n=1。5.根据权利要求1所述的多量子阱层，其特征在于，所述量子阱层和垒层的生长周期为9~13。6.一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至5中任一项所述的多量子阱层，所述方法包括：按预设周期依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨乐，章程，董国庆，文国昇，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：