发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种发光二极管及其制备方法，所述发光二极管从下至上依次包括：衬底、第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层、第四缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层，其中，第一缓冲层为AlON层和第一AlGaN层交替生长形成的周期性结构，第二缓冲层为第二AlGaN层，第三缓冲层为第三AlGaN层和第四AlGaN层交替生长形成的周期性结构，第四缓冲层为第五AlGaN层和InGaN层交替生长形成的周期性结构。所述第一缓冲层至第四缓冲层可以缓解衬底与外延层的晶格失配、热失配，缓解应力，改善发光二极管的晶体质量和出光方向，进而提高发光二极管的出光效率和发光亮度。的出光效率和发光亮度。的出光效率和发光亮度。

【技术实现步骤摘要】
发光二极管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]通常，GaN基半导体材料主要包括AlN、GaN、InN及它们的三元化合物AlGaN、InGaN、AlInN和四元化合物AlGaInN，由于它们的禁带宽度在0.7eV到6.2eV范围内可调，理论上可以覆盖深紫外到近红外波段的光，因此其可用于制备各种波段的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、激光器以及光探测器等光电子器件。
[0003]目前，基于InGaN材料制备的蓝光和绿光发光二极管(LED)已经在照明和显示领域取得巨大成功，且LED具有高效率、长寿命、环保以及环境适应性强等优点。
[0004]显然，制备LED的外延层时所存在的材料缺陷浓度高，且与蓝宝石衬底的晶格失配和热失配等问题，将势必成为进一步提升LED性能的绊脚石。因此，有必要设计一种底层缓冲层来缓解LED的外延层与蓝宝石衬底的晶格失配、界面缺陷等问题，进而提升晶体质量，提高其出光效率和亮度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种发光二极管及其制备方法，以缓解衬底与外延层的晶格失配、热失配，缓解应力，改善LED的晶体质量和出光方向，进而提高LED的出光效率和发光亮度。
[0006]第一方面，为了实现上述目的以及其他相关目的，本专利技术提供了一种发光二极管，从下至上依次包括：衬底、第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层、第四缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层，其中，所述第一缓冲层为AlON层和第一AlGaN层交替生长形成的周期性结构，所述第二缓冲层为第二AlGaN层，所述第三缓冲层为第三AlGaN层和第四AlGaN层交替生长形成的周期性结构，所述第四缓冲层为第五AlGaN层和InGaN层交替生长形成的周期性结构。
[0007]可选的，从所述第一缓冲层至所述第四缓冲层，Al组分呈渐变递减趋势。
[0008]可选的，所述第一AlGaN层为Al
a
Ga1‑
a
N层，a的取值范围为0.9～1。
[0009]可选的，沿着所述第一缓冲层至所述第四缓冲层的方向，每个周期的所述AlON层的O组分占比逐渐降低和/或每个周期的所述AlON层的单层厚度逐渐降低。
[0010]可选的，所述第一缓冲层的最靠近所述衬底的周期中的AlON层的O组分占比为0.1～0.2，且所述第一缓冲层的最靠近所述第二缓冲层的周期中的AlON层的O组分占比为0.005～0.1。
[0011]可选的，所述第二AlGaN层为Al
b
Ga1‑
b
N层，b的取值范围为0.8～1，且a≥b。
[0012]可选的，所述第三AlGaN层为Al
c
Ga1‑
c
N层，c的取值范围为0.6～0.7，所述第四AlGaN层为Al
d
Ga1‑
d
N层，d的取值范围为0.2～0.4，且a≥b＞c＞d。
[0013]可选的，所述第五AlGaN层为Al
e
Ga1‑
e
N层，e的取值范围为0.1～0.3，所述InGaN层
为In
f
Ga1‑
f
N层，f的取值范围为0.01～0.05，且a≥b＞c＞d≥e＞f。
[0014]可选的，所述衬底为蓝宝石衬底或图形化蓝宝石衬底。
[0015]可选的，所述第一缓冲层的周期数为3～10，且在所述第一缓冲层的每个周期中，所述AlON层和所述第一AlGaN层的厚度均为1nm～3nm。
[0016]可选的，所述第二缓冲层的厚度为5nm～30nm。
[0017]可选的，所述第三缓冲层的周期数为3～7，且在所述第三缓冲层的每个周期中，所述第三AlGaN层的厚度为50nm～55nm，所述第四AlGaN层的厚度为45nm～50nm。
[0018]可选的，所述第四缓冲层的周期数为3～7，且在所述第四缓冲层的每个周期中，所述第五AlGaN层和所述InGaN层的厚度均为45nm～50nm。
[0019]可选的，所述发光二极管还包括非故意掺杂层，所述非故意掺杂层位于所述第四缓冲层与所述N型半导体层之间，且所述非故意掺杂层的材料包括GaN和AlGaN中的一种。
[0020]可选的，所述发光二极管还包括N型电极和P型电极，所述N型电极与所述N型半导体层电连接，所述P型电极与所述P型半导体层电连接。
[0021]第二方面，为了实现上述目的以及其他相关目的，本专利技术还提供了一种发光二极管的制备方法，具体可以包括以下步骤：
[0022]提供一衬底；
[0023]在所述衬底上依次生长第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层和第四缓冲层，其中，所述第一缓冲层为AlON层和第一AlGaN层交替生长形成的周期性结构，所述第二缓冲层为第二AlGaN层，所述第三缓冲层为第三AlGaN层和第四AlGaN层交替生长形成的周期性结构，所述第四缓冲层为第五AlGaN层和InGaN层交替生长形成的周期性结构；
[0024]在所述第四缓冲层上依次生长N型半导体层、发光层和P型半导体层。
[0025]可选的，从所述第一缓冲层至所述第四缓冲层，Al组分呈渐变递减趋势。
[0026]可选的，所述第一AlGaN层为Al
a
Ga1‑
a
N层，a的取值范围为0.9～1。
[0027]可选的，沿着所述第一缓冲层至所述第四缓冲层的方向，每个周期的所述AlON层的O组分占比逐渐降低和/或每个周期的所述AlON层的单层厚度逐渐降低。
[0028]可选的，所述第一缓冲层的最靠近所述衬底的周期中的AlON层的O组分占比为0.1～0.2，且所述第一缓冲层的最靠近所述第二缓冲层的周期中的AlON层的O组分占比为0.005～0.1。
[0029]可选的，所述第二AlGaN层为Al
b
Ga1‑
b
N层，b的取值范围为0.8～1，且a≥b。
[0030]可选的，所述第三AlGaN层为Al
c
Ga1‑
c
N层，c的取值范围为0.6～0.7，所述第四AlGaN层为Al
d
Ga1‑
d
N层，d的取值范围为0.2～0.4，且a≥b＞c＞d。
[0031]可选的，所述第五AlGaN层为Al
e
Ga1‑
e
N层，e的取值范围为0.1～0.3，所述InGaN层为In
f
Ga1‑
f
N层，f的取值范围为0.01～0.05，且a≥b＞c＞d≥e＞f。
[0032]可选的，所述衬底为蓝宝石衬底或图形化蓝宝石衬底。
[0033]可选的，所述第一缓冲层的周期数为3～10，且在所述第一缓冲层的每个周期中，所述AlON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，其特征在于，从下至上依次包括：衬底、第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层、第四缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层，其中，所述第一缓冲层为AlON层和第一AlGaN层交替生长形成的周期性结构，所述第二缓冲层为第二AlGaN层，所述第三缓冲层为第三AlGaN层和第四AlGaN层交替生长形成的周期性结构，所述第四缓冲层为第五AlGaN层和InGaN层交替生长形成的周期性结构。2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，从所述第一缓冲层至所述第四缓冲层，Al组分呈渐变递减趋势。3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一AlGaN层为Al
a
Ga1‑
a
N层，a的取值范围为0.9～1。4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，沿着所述第一缓冲层至所述第四缓冲层的方向，每个周期的所述AlON层的O组分占比逐渐降低和/或每个周期的所述AlON层的单层厚度逐渐降低。5.如权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述第一缓冲层的最靠近所述衬底的周期中的AlON层的O组分占比为0.1～0.2，且所述第一缓冲层的最靠近所述第二缓冲层的周期中的AlON层的O组分占比为0.005～0.1。6.如权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述第二AlGaN层为Al
b
Ga1‑
b
N层，b的取值范围为0.8～1，且a≥b。7.如权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，所述第三AlGaN层为Al
c
Ga1‑
c
N层，所述第四AlGaN层为Al
d
Ga1‑
d
N层，c的取值范围为0.6～0.7，d的取值范围为0.2～0.4，且a≥b＞c＞d。8.如权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，所述第五AlGaN层为Al
e
Ga1‑
e
N层，e的取值范围为0.1～0.3，所述InGaN层为In
f
Ga1‑
f
N层，f的取值范围为0.01～0.05，且a≥b＞c＞d≥e＞f。9.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底或图形化蓝宝石衬底。10.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一缓冲层的周期数为3～10，且在所述第一缓冲层的每个周期中，所述AlON层和所述第一AlGaN层的厚度均为1nm～3nm。11.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二缓冲层的厚度为5nm～30nm。12.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第三缓冲层的周期数为3～7，且在所述第三缓冲层的每个周期中，所述第三AlGaN层的厚度为50nm～55nm，所述第四AlGaN层的厚度为45nm～50nm。13.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第四缓冲层的周期数为3～7，且在所述第四缓冲层的每个周期中，所述第五AlGaN层和所述InGaN层的厚度均为45nm～50nm。14.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括非故意掺杂层，所述非故意掺杂层位于所述第四缓冲层与所述N型半导体层之间，且所述非故意掺杂层的材料包括GaN和AlGaN中的一种。15.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括N型电极和P
型电极，所述N型电极与所述N型半导体层电连接，所述P型电极与所述P型半导体层电连接。16.一种发光二极管的制备方法，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第一缓冲层、第二缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：董雪振，毕京锋，李森林，高默然，丘金金，
申请(专利权)人：厦门士兰明镓化合物半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：