发光二极管外延片及其制备方法、LED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，所述发光二极管外延片包括衬底，所述衬底上依次设有形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层、欧姆接触层；所述P型半导体层包括依次层叠在所述电子阻挡层上的MgInN/P

【技术实现步骤摘要】
发光二极管外延片及其制备方法、LED


[0001]本专利技术涉及光电
，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、LED。

技术介绍

[0002]目前，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基发光二极管已经实现工业化生产、在背光源、照明、景观灯等方面都有应用。
[0003]现阶段，传统的发光二极管外延片包括衬底、以及在所述衬底上依次生长的形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层、欧姆接触层；
[0004]目前GaN材料生长面临的困难之一是空穴浓度和空穴迁移率的提升。由于Mg的活化率很低，所以导致空穴浓度不够。为了实现高空穴浓度，需要高浓度的Mg掺杂。然而Mg在GaN中的溶解度却存在着限制，高浓度的Mg掺杂会导致p型GaN晶体质量下降，使Mg的活化率降低，表面平整度也会下降，并且空穴的迁移率较电子的迁移率低很多，使得多量子阱中电子空穴不平衡，影响发光效率。

技术实现思路

[0005]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，其能够提升空穴迁移率和空穴扩展能力，增加发光二极管的发光强度。
[0006]本专利技术所要解决的技术问题还在于，提供一种发光二极管外延片的制备方法，其工艺简单，能够稳定制得发光效率良好的发光二极管外延片。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种发光二极管外延片，包括衬底，所述衬底上依次设有形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层、欧姆接触层；
[0008]所述P型半导体层包括依次层叠在所述电子阻挡层上的MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层、WS2层和P
‑
GaN层。
[0009]在一种实施方式中，所述MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层上设有V型坑结构；
[0010]所述V型坑结构的开口直径为300nm～1μm；
[0011]所述V型坑结构的深度与所述MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层的厚度相同；
[0012]所述V型坑结构的分布密度为1
×
107个/cm2～1
×
109个/cm2。
[0013]在一种实施方式中，所述MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层包括交替层叠的MgInN层和P
‑
AlGaN层，交替周期数为3～10；
[0014]所述MgInN层的厚度为0.5nm～5nm；
[0015]所述P
‑
AlGaN层的厚度为3nm～10nm；
[0016]所述P
‑
AlGaN层的Mg掺杂浓度为1
×
10
16
atoms/cm3～1
×
10
17
atoms/cm3。
[0017]在一种实施方式中，所述WS2层将所述MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层上的V型坑结构填平，并高出5nm～10nm。
[0018]在一种实施方式中，所述P
‑
GaN层的厚度为5nm～50nm；
[0019]所述P
‑
GaN层的Mg掺杂浓度为1
×
10
18
atoms/cm3～1
×
10
19
atoms/cm3。
[0020]为解决上述问题，本专利技术还提供了一种发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：
[0021]S1、准备衬底；
[0022]S2、在所述衬底上依次沉积形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层、欧姆接触层；
[0023]所述P型半导体层包括依次层叠在所述电子阻挡层上的MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层、WS2层和P
‑
GaN层。
[0024]在一种实施方式中，所述MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层采用下述方法制得：
[0025]控制反应室压力为100torr～300torr，控制反应室温度为750℃～850℃，通入In源、N源和Mg源，完成MgInN层的沉积；
[0026]再通入Al源、Ga源、N源和Mg源，完成P
‑
AlGaN层的沉积；
[0027]交替层叠MgInN层和P
‑
AlGaN层，完成所述MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层的沉积。
[0028]在一种实施方式中，所述MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层的制备方法还包括：
[0029]通过刻蚀在所述MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层上形成V型坑结构，刻蚀功率为200W～400W，刻蚀使用的气体为Cl2和N2的混合气体，其中，Cl2和N2的体积比为1：(1～2)。
[0030]在一种实施方式中，所述WS2层采用下述方法制得：
[0031]采用硫代硫酸钠固体粉末和二硫化钨固体粉末作为前驱物并放入石英舟内，将石英舟放入电炉的石英管中，将表面生长有形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层的衬底覆盖在所述石英舟上，开启机械泵抽真空，同时向石英管中输入Ar和H2混合气作为载气，待石英管内气压升至1个大气压时，关闭载气气流停止向石英管内输入载气，将石英管升温至700℃～1000℃并保温，完成WS2层的沉积，冷却后取出。
[0032]在一种实施方式中，所述P
‑
GaN层采用下述方法制得：
[0033]控制反应室温度为900℃～1000℃，控制反应室压力为100torr～300torr，通入N2和H2作为载气，通入N源、Ga源和Mg源，完成P
‑
GaN层的沉积。
[0034]相应地，本专利技术还提供了一种包含上述发光二极管外延片的LED。
[0035]实施本专利技术，具有如下有益效果：
[0036]本专利技术提供的发光二极管外延片，其具有特定结构的P型半导体层，所述P型半导体层包括依次层叠在所述电子阻挡层上的MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层、WS2层和P
‑
GaN层。其中，所述MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层的周期性层叠的异质结构形成二维空穴气，有利于提升空穴的迁移率，MgInN材料不仅可以提供空穴，还由于In原子能增加Mg的激活率，增加MgInN和P
‑
AlGaN材料中Mg的激活；由于MgInN材料中，In原子很大，搭配较低的生长温度，容易导致晶格质量变差而捕捉空穴，对空穴进行消耗，所以将MgInN层和P
‑
AlGaN层层叠，Al原子较小，可以作为本文档来自技高网...

【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，所述衬底上依次设有形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层、欧姆接触层；所述P型半导体层包括依次层叠在所述电子阻挡层上的MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层、WS2层和P
‑
GaN层。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MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层包括交替层叠的MgInN层和P
‑
AlGaN层，交替周期数为3～10；所述MgInN层的厚度为0.5nm～5nm；所述P
‑
AlGaN层的厚度为3nm～10nm；所述P
‑
AlGaN层的Mg掺杂浓度为1
×
10
16
atoms/cm3～1
×
10
17
atoms/cm3；所述P
‑
GaN层的厚度为5nm～50nm；所述P
‑
GaN层的Mg掺杂浓度为1
×
10
18
atoms/cm3～1
×
10
19
atoms/cm3。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MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层上设有V型坑结构；所述V型坑结构的开口直径为300nm～1μm；所述V型坑结构的深度与所述MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层的厚度相同；所述V型坑结构的分布密度为1
×
107个/cm2～1
×
109个/cm2。4.如权利要求3所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述WS2层将所述MgInN/P
‑
AlGaN超晶格层上的V型坑结构填平，并高出5nm～10nm。5.一种如权利要求1～4任一项所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、准备衬底；S2、在所述衬底上依次沉积形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层、欧姆接触层；所述P型半...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彩霞，印从飞，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：