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，所述发光二极管外延片包括衬底及依次层叠于所述衬底上的形核层、本征GaN层、N型GaN层、V形坑层、多量子阱层、插入层、电子阻挡层和P型GaN层；所述插入层包括依次层叠的AlN层、Al层和WS2层。本发明专利技术可以增加发光二极管的发光效率和抗静电能力。发光二极管的发光效率和抗静电能力。发光二极管的发光效率和抗静电能力。

【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
，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]目前，GaN基发光二极管已经实现工业化生产并大量应用于固态照明领域以及显示领域。GaN与衬底之间存在晶格失配和热失配，因此GaN基LED中存在密度较高的穿透位错，从而诱导产生V形坑。V形坑侧壁面呈V形贯穿于整个有源区，因其特殊的几何结构，空穴很容易通过V形侧壁注入至更深的发光量子阱中，从而降低工作电压和改善电子与空穴空间上的不均匀分布，增加发光效率。但是V形坑也存在一定的问题：首先，V形坑是沿着底层的线位错产生的，其本身就是一种天然的漏电通道，会影响发光二极管的抗静电能力；并且V形坑生长过程中，容易引入很多缺陷，成为非辐射复合中心捕获载流子，影响内量子效率，对发光效率造成影响；此外现阶段V形坑填平是在电子阻挡层结构段进行，这样V形坑的缺陷会对通过电子阻挡层的空穴造成消耗，影响空穴注入。

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，提高发光二极管外延片的发光效率和抗静电能力。
[0004]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，工艺简单，制得的发光二极管外延片性能稳定。
[0005]为达到上述技术效果，本专利技术提供了一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的形核层、本征GaN层、N型GaN层、V形坑层、多量子阱层、插入层、电子阻挡层和P型GaN层；
[0006]所述插入层包括依次层叠的AlN层、Al层和WS2层。
[0007]作为上述技术方案的改进，所述AlN层的厚度为5
‑
20nm；所述Al层的厚度为1
‑
10nm；所述WS2层的厚度为5
‑
20nm。
[0008]作为上述技术方案的改进，所述Al层的生长温度＜所述AlN层的生长温度。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述V形坑层包括周期性层叠的InGaN层和GaN层，周期数为3
‑
10，所述InGaN层的厚度为1
‑
5nm，所述GaN层的厚度为3
‑
20nm。
[0010]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，包括以下步骤：
[0011]提供一衬底，在所述衬底上依次生长形核层、本征GaN层、N型GaN层、V形坑层、多量子阱层、插入层、电子阻挡层和P型GaN层；
[0012]其中，所述插入层包括依次层叠的AlN层、Al层和WS2层。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述AlN层采用MOCVD生长，所述AlN层的生长温度为950
‑
1000℃，生长压力为50
‑
100Torr，载气为N2和H2的混合气体。
[0014]作为上述技术方案的改进，所述Al层采用MOCVD生长，所述Al层的生长温度为800
‑
900℃，生长压力为100
‑
300Torr，载气为N2和H2的混合气体。
[0015]作为上述技术方案的改进，所述WS2层采用CVD生长，所述WS2层的生长温度为700
‑
1000℃，硫代硫酸钠和二硫化钨作为前驱物，所述硫代硫酸钠和二硫化钨的摩尔比为1:(1
‑
3)，载气为Ar和H2的混合气体。
[0016]作为上述技术方案的改进，所述V形坑层包括周期性层叠的InGaN层和GaN层，所述V形坑层采用MOCVD生长，所述V形坑层的生长温度为800
‑
900℃，生长压力为100
‑
500Torr，载气为N2。
[0017]相应的，本专利技术还公开了一种发光二极管，包括上述的发光二极管外延片。
[0018]实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：
[0019]本专利技术在多量子阱层和电子阻挡层中间设置插入层，插入层包括AlN层、Al层和WS2层。其中，AlN层可以形成致密的V形坑阻断层，并能够在多量子阱层内部形成V形纳米孔洞。V形纳米孔洞可以减少多量子阱层内部的全反射，增加光提取率，同时V形纳米孔洞使得多量子阱层的应力能得到更好的释放，减少了多量子阱层的压电极化，从而增加了多量子阱层电子和空穴波函数的重叠，增加了发光效率；此外，AlN层的致密度高，使得V形坑生长时产生的缺陷在这一层发生扭曲和湮灭，从而减少了空穴在进入多量子阱层前缺陷对其的消耗；AlN材料禁带宽度宽，能够起到部分电子阻挡的作用，大大增强了发光二极管的发光效率，增加其抗静电能力。
[0020]Al层的光反射率非常高，将其设置在多量子阱层有源区刚生长完的区域，可以大大增加光的漫反射，从而减少传统结构中光在LED内部的消耗。
[0021]载流子在WS2层中迁移率很高，因此WS2层可以作为缓冲层增加进入多量子阱中的空穴，并且增加空穴的扩展能力；在WS2层中每个原子平面上具有共价键，相邻层由弱范德瓦尔斯力耦合，因此无需考虑晶格失配限制，可以对后续生长的外延层起到充分的晶格取向引导，增加了与后续电子阻挡层的晶格匹配，同时也减少了后续生长的电子阻挡层和P型半导体层对空穴的消耗。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例提供的发光二极管外延片的结构示意图；
[0023]图2是本专利技术实施例提供的发光二极管外延片的制备方法流程图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本专利技术作进一步地详细描述。
[0025]如图1所示，本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片，包括衬底1及依次层叠于所述衬底1上的形核层2、本征GaN层3、N型GaN层4、V形坑层5、多量子阱层6、插入层7、电子阻挡层8和P型GaN层9；所述插入层7包括依次层叠的AlN层、Al层和WS2层。
[0026]在多量子阱层6上生长AlN层形成致密的V形坑阻断层。传统的V形坑是在电子阻挡层生长时被逐步填平的，并且不会保留纳米孔洞，而二维生长的AlN层的致密度和平滑度高，使得V形坑并没有被填平，而是留在了多量子阱层内部形成V形纳米孔洞。纳米孔洞的保
留具有以下效果：可以减少多量子阱层内部的全反射，增加光提取率，尤其是大大增加了侧向出光；多量子阱层的应力能得到更好的释放，减少了多量子阱层的压电极化，从而增加了多量子阱层电子和空穴波函数的重叠，增加了发光效率。此外，由于AlN层的致密度高，使得V形坑生长时产生的缺陷在这一层发生扭曲和湮灭，从而减少了缺陷对空穴的消耗；AlN材料禁带宽度宽，对电子具有阻挡作用，起到了部分电子阻挡层的作用，所以大大增强了发光二极管的发光效率和抗静电能力。
[0027]Al层设于所述AlN层和所述WS2层之间，Al层作为金属反射层，光反射率非常高，将其设置在多量子阱层有源区刚生长完的区域，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，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的形核层、本征GaN层、N型GaN层、V形坑层、多量子阱层、插入层、电子阻挡层和P型GaN层；所述插入层包括依次层叠的AlN层、Al层和WS2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AlN层的厚度为5
‑
20nm；所述Al层的厚度为1
‑
10nm；所述WS2层的厚度为5
‑
20nm。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Al层的生长温度＜所述AlN层的生长温度。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V形坑层包括周期性层叠的InGaN层和GaN层，周期数为3
‑
10，所述InGaN层的厚度为1
‑
5nm，所述GaN层的厚度为3
‑
20nm。5.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1
‑
4任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，包括以下步骤：提供一衬底，在所述衬底上依次生长形核层、本征GaN层、N型GaN层、V形坑层、多量子阱层、插入层、电子阻挡层和P型GaN层；其中，所述插入层包括依次层叠的AlN层、Al层和WS2层。6.如权利要求5所述的发光二极管外延片的制...

【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：