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、LED，所述发光二极管外延片包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层；所述应力释放层包括依次层叠在所述N型半导体层上的GaN层、金属全反射层、InGaN/GaN超晶格层和阱前准备层。本发明专利技术提供的发光二极管外延片能够有效的提高有源区中光子逸出体材料的占比，即提高芯片的光提取效率，从而提高发光二极管的发光效率。高发光二极管的发光效率。高发光二极管的发光效率。

【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]发光二极管简称LED，是一种将电能直接转化为光能的半导体发光器件，具有较高的转换效率。作为一种节能环保的新型光源，各种类型的LED被广泛应用于指示、显示、背光、投射等领域。
[0003]为了获得高亮度的LED，关键要提高器件的内量子效率和外量子效率。目前蓝光GaN基的LED内量子效率可达80％以上，但大功率LED芯片的外量子效率通常只有40％左右。制约外量子效率提高的主要因素是芯片的光提取效率较低，这是因为GaN材料的折射率(n＝2.5)与空气的折射率(n＝1)和蓝宝石衬底的折射率(n＝1.75)相差较大，导致空气与GaN界面以及蓝宝石与GaN界面发生全反射的临界角分别只有23.6
°
和44.4
°
，有源区产生的光只有少数能够逃逸出体材料。为了提高芯片的光提取效率，目前国内外采用的主要技术方案有生长分布布拉格反射层(DBR)结构、图形化衬底(PSS)技术、表面粗化技术和光子晶体技术等。但是，PSS对图形的规则度要求很高，加之蓝宝石衬底比较坚硬，无论是干法刻蚀还是湿法刻蚀工艺，在整片图形的一致性和均匀性上都有一定的难度，且制作过程对设备和工艺要求很高，导致成本偏高。DBR和光子晶体制作工艺相对复杂、成本较高，而表面粗化技术采用干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺，也存在很大挑战。

技术实现思路

[0004]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，能够显著提高有源区中光子逸出体材料的占比，即提高芯片的光提取效率。
[0005]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。
[0006]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缓冲层、N型半导体层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层；
[0007]所述应力释放层包括依次层叠在所述N型半导体层上的GaN层、金属全反射层、InGaN/GaN超晶格层和阱前准备层。
[0008]在一种实施方式中，所述GaN层的厚度为20nm～500nm；
[0009]所述GaN层的Si掺杂浓度为5
×
10
17
atoms/cm3～2
×
10
19
atoms/cm3。
[0010]在一种实施方式中，所述金属全反射层的厚度为2nm～200nm；
[0011]所述金属全反射层为Al、Ga、In、Mg金属中的一种或多种混合。
[0012]在一种实施方式中，所述InGaN/GaN超晶格层包括交替生长的InGaN三维粗糙层与GaN二维填平层，交替周期数为2～6；
[0013]所述InGaN三维粗糙层的厚度为2nm～4nm；
[0014]所述GaN二维填平层的厚度为5nm～12nm。
[0015]在一种实施方式中，所述阱前准备层包括交替生长的InGaN前阱准备层与GaN前垒准备层，交替周期数为2～10；
[0016]所述InGaN前阱准备层的厚度为2.5nm～5nm；
[0017]所述GaN前垒准备层的厚度为7nm～16nm；
[0018]所述GaN前垒准备层的Si掺杂浓度为2
×
10
17
atoms/cm3～5
×
10
18
atoms/cm3。
[0019]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：
[0020]S1、准备衬底；
[0021]S2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、N型半导体层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层；
[0022]所述应力释放层包括依次层叠在所述N型半导体层上的GaN层、金属全反射层、InGaN/GaN超晶格层和阱前准备层。
[0023]在一种实施方式中，所述金属全反射层采用下述方法制得：
[0024]向反应腔内通入N2与H2以作为载气，向反应腔中通入In源、Ga源、Al源、Mg源中的一种或多种，反应室温度控制在600℃～1200℃，压力控制在30torr～500torr，生长金属全反射层平整铺满所述GaN层的表面。
[0025]在一种实施方式中，所述InGaN/GaN超晶格层采用下述方法制得：
[0026]将反应室温度控制在780℃～880℃，压力控制在20torr～300torr，通入In源、Ga源、N源，生长InGaN层，然后通入H2对所述InGaN层进行刻蚀处理，得到InGaN三维粗糙层；
[0027]将反应室温度控制在800℃～900℃，压力控制在20torr～300torr，通入Ga源、N源，生长GaN层填平所述InGaN三维粗糙层，得到GaN二维填平层；
[0028]交替生长所述InGaN三维粗糙层和GaN二维填平层，得到所述InGaN/GaN超晶格层。
[0029]在一种实施方式中，所述阱前准备层采用下述方法制得：
[0030]将反应室温度控制在760℃～850℃，压力控制在20torr～300torr，通入In源、Ga源、N源，生长InGaN前阱准备层；
[0031]将反应室温度控制在780℃～880℃，压力控制在20torr～300torr，通入Ga源、N源、Si源，生长GaN前垒准备层；
[0032]交替生长所述InGaN前阱准备层和GaN前垒准备层，得到所述阱前准备层。
[0033]相应地，本专利技术还提供了一种LED，所述LED包括上述的发光二极管外延片。
[0034]实施本专利技术，具有如下有益效果：
[0035]本专利技术提供的发光二极管外延片，其具有特定结构的应力释放层，所述应力释放层包括依次层叠在所述N型半导体层上的GaN层、金属全反射层、InGaN/GaN超晶格层和阱前准备层。本专利技术在GaN层之后设计金属全反射层，所述金属全反射层满足发生反射光干涉极大的条件，可避免在所述金属全反射层之前的底层材料的光吸收损耗，并发生全反射提高光的出射率效率；所述InGaN/GaN超晶格层具有特定的结构，即InGaN三维粗糙层与GaN二维填平层超晶格结构，InGaN三维粗糙层能有效减少半导体材料的面内全反射，更有效的提高GaN基LED的光提取效率；所述阱前准备层能够促进量子阱中In原子并入，减少量子阱应力累积，提升器件发光效率。综上，本专利技术提供的发光二极管外延片，能够有效的提高有源区中光子逸出体材料的占比，即提高芯片的光提取效率，从而提高发光二极管的发光效率。
附图说明
[0036]图1为本专利技术提供的发光二极管外延片的结构示意图；
[0037]图2为本专利技术提供的发光二极管外延片的制备方法的流程图。
具体实施本文档来自技高网...

【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缓冲层、N型半导体层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层；所述应力释放层包括依次层叠在所述N型半导体层上的GaN层、金属全反射层、InGaN/GaN超晶格层和阱前准备层。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GaN层的厚度为20nm～500nm；所述GaN层的Si掺杂浓度为5
×
10
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atoms/cm3～2
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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，所述金属全反射层的厚度为2nm～200nm；所述金属全反射层为Al、Ga、In、Mg金属中的一种或多种混合。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InGaN/GaN超晶格层包括交替生长的InGaN三维粗糙层与GaN二维填平层，交替周期数为2～6；所述InGaN三维粗糙层的厚度为2nm～4nm；所述GaN二维填平层的厚度为5nm～12nm。5.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述阱前准备层包括交替生长的InGaN前阱准备层与GaN前垒准备层，交替周期数为2～10；所述InGaN前阱准备层的厚度为2.5nm～5nm；所述GaN前垒准备层的厚度为7nm～16nm；所述GaN前垒准备层的Si掺杂浓度为2
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atoms/cm3。6.一种如权利要求1～5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缓冲层、N型半导体层、...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒俊，程龙，高虹，郑文杰，印从飞，张彩霞，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：