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，发光二极管外延片依次包括衬底、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；有源层包括首阱层、首垒层、多量子阱层、末阱层和末垒层；首阱层、末阱层为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基发光二极管已经大量应用于固态照明领域以及显示领域，吸引着越来越多的人关注。GaN基发光二极管的多量子阱层一般是由InGaN量子阱层和GaN量子垒层重复周期层叠而成的复合结构。而InGaN量子阱层和GaN量子垒层之间存在结晶格失配，会产生强的内建电场，导致能带弯曲，电子和空穴波函数空间分离，大幅降低有效辐射复合率（即量子限制斯托克效应）。这在高In组分的发光二极管中表现更为明显。此外，高In组分的InGaN量子阱层中往往存在严重的In“团簇”现象，导致In分布极不均匀，多量子阱内的波长均匀性较差。

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和波长均匀性。
[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、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；所述有源层包括依次层叠的首阱层、首垒层、多量子阱层、末阱层和末垒层；其中，所述首阱层和末阱层为In
x
Ga1‑
x
N层，所述首垒层为N
‑
AlGaN层，所述末垒层为P
‑<br/>AlGaN层；所述多量子阱层包括交替层叠的势阱层和势垒层，每个势阱层均包括依次层叠的第一WS2层、In
y
Ga1‑
y
N层和第二WS2层；每个所述势垒层均包括依次层叠的N型AlGaN层和P型AlGaN层；其中，x为0.15~0.25，y为0.24~0.4，且x＜y；所述In
y
Ga1‑
y
N层的厚度小于所述In
x
Ga1‑
x
N层的厚度。
[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In
y
Ga1‑
y
N层的厚度为1nm~2nm；其中，x为0.18~0.22，y为0.28~0.4。
[0007]作为上述技术方案的改进，所述第一WS2层的厚度为0.7nm~1nm，所述第二WS2层的厚度为0.7nm~1nm。
[0008]作为上述技术方案的改进，所述首垒层的厚度为8nm~15nm，掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3~3
×
10
18
cm
‑3；所述末垒层的厚度为8nm~15nm，掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3~5
×
10
19
cm
‑3。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述N型AlGaN层的厚度为3nm~8nm，掺杂浓度为5
×
10
17
cm
‑3~5
×
10
18
cm
‑3；所述P型AlGaN层的厚度为5nm~10nm，掺杂浓度为8
×
10
17
cm
‑3~8
×
10
18
cm
‑3。
[0010]作为上述技术方案的改进，所述N型AlGaN层的掺杂浓度大于所述首垒层的掺杂浓度；所述P型AlGaN层的掺杂浓度小于所述末垒层的掺杂浓度。
[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、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；所述有源层包括依次层叠的首阱层、首垒层、多量子阱层、末阱层和末垒层；其中，所述首阱层和末阱层为In
x
Ga1‑
x
N层，x为0.18~0.25；所述首垒层为N
‑
AlGaN层，所述末垒层为P
‑
AlGaN层；所述多量子阱层包括交替层叠的势阱层和势垒层，每个势阱层均包括依次层叠的第一WS2层、In
y
Ga1‑
y
N层和第二WS2层；每个所述势垒层均包括依次层叠的N型AlGaN层和P型AlGaN层；其中，x为0.15~0.25，y为0.24~0.4，且x＜y；所述In
y
Ga1‑
y
N层的厚度小于所述In
x
Ga1‑
x
N层的厚度。
[0012]作为上述技术方案的改进，所述In
y
Ga1‑
y
N层的生长温度为770℃~800℃，生长压力为50torr~300torr，V/III比为2000~3000；所述第一WS2层的生长温度为800℃~950℃，生长时，钨源和硫源的摩尔比为1:1~1:3，以Ar和H2的混合气体作为载气，且Ar与H2的体积比为1:1~1:5；所述第二WS2层的生长温度为800℃~950℃，生长时，钨源和硫源的摩尔比为1:1~1:3，以Ar和H2的混合气体作为载气，且Ar与H2的体积比为1:1~1:5；所述N型AlGaN层的生长温度为950℃~1100℃，生长压力为50torr~300torr；所述P型AlGaN层的生长温度为950℃~1100℃，生长压力为50torr~300torr。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述首阱层的生长温度为750℃~850℃，生长压力为50torr~300torr；所述首垒层的生长温度为900℃~1050℃，生长压力为50torr~300torr；所述末阱层的生长温度为750℃~850℃，生长压力为50torr~300torr；所述末垒层的生长温度为900℃~1050℃，生长压力为50torr~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：本专利技术的发光二极管外延片中，有源层包括依次层叠的首阱层、首垒层、多量子阱层、末阱层和末垒层；其中，首阱层和末阱层为In
x
Ga1‑
x
N层（x=0.15~0.25），首垒层为N
‑
AlGaN层，末垒层为P
‑
AlGaN层；多量子阱层包括交替层叠的势阱层和势垒层，每个势阱层均包括依次层叠的第一WS2层、In
y
Ga1‑
y
N层（y=0.24~0.4）和第二WS2层；每个势垒层均包括依次层叠的N型AlGaN层和P型AlGaN层。其中，首阱层、末阱层中In组分本文档来自技高网...

【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、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；其特征在于，所述有源层包括依次层叠的首阱层、首垒层、多量子阱层、末阱层和末垒层；其中，所述首阱层和末阱层为In
x
Ga1‑
x
N层，所述首垒层为N
‑
AlGaN层，所述末垒层为P
‑
AlGaN层；所述多量子阱层包括交替层叠的势阱层和势垒层，每个势阱层均包括依次层叠的第一WS2层、In
y
Ga1‑
y
N层和第二WS2层；每个所述势垒层均包括依次层叠的N型AlGaN层和P型AlGaN层；其中，x为0.15~0.25，y为0.24~0.4，且x＜y；所述In
y
Ga1‑
y
N层的厚度小于所述In
x
Ga1‑
x
N层的厚度。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In
y
Ga1‑
y
N层的厚度为1nm~2nm；其中，x为0.18~0.22，y为0.28~0.4。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WS2层的厚度为0.7nm~1nm，所述第二WS2层的厚度为0.7nm~1nm。4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述首垒层的厚度为8nm~15nm，掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3~3
×
10
18
cm
‑3；所述末垒层的厚度为8nm~15nm，掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3~5
×
10
19
cm
‑3。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N型AlGaN层的厚度为3nm~8nm，掺杂浓度为5
×
10
17
cm
‑3~5
×
10
18
cm
‑3；所述P型AlGaN层的厚度为5nm~10nm，掺杂浓度为8
×
10
17
cm
‑3~8
×
10
18
cm
‑3。6.如权利要求1~...

【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：