一种高光效发光二极管外延片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高光效发光二极管外延片及其制备方法，属于LED半导体的技术领域。该外延片包括衬底、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；有源层包括周期性交替堆叠的复合量子阱层和量子垒层，复合量子阱层包括InGaN量子阱层以及第一插入层、第二插入层；第一插入层包括沿着外延片生长方向依次沉积的第一SiN层、第一Al层及第一InN层，第二插入层包括沿着外延片生长方向依次沉积的第二InN层、第二Al层及第二SiN层。通过本申请，可实现减少位错扩散到随后生长的量子阱层及阻止电子和空穴空间分离，从而提升发光二极管的发光效率。光二极管的发光效率。光二极管的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高光效发光二极管外延片及其制备方法


[0001]本专利技术属于LED半导体的
，具体地涉及一种高光效发光二极管外延片及其制备方法。

技术介绍

[0002]GaN材料具有优良的光、电及热传导特性，适合作为短波长光电元件的材料。近年来通过涂覆荧光粉，GaN蓝光LED实现了白光发射，被应用于固态照明领域。为了实现绿色照明，要求GaN蓝光LED具有更高的电光转换效率。
[0003]目前商业化的GaN基蓝绿光发光二极管和激光器，一般均采用InGaN/GaN量子阱作为有源区，因此高质量的InGaN/GaN量子阱是实现高效率、高亮度发光管的关键。然而，因GaN与蓝宝石衬底之间存在晶格失配与热失配，导致在蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜的位错密度在108个/cm2到10
10
个/cm2的量级，并且这些位错会延伸到随后生长的InGaN/GaN量子阱当中,导致量子阱的晶体质量下降，非辐射复合增加。另外,由于GaN与InGaN的晶格失配，量子阱的极化效应增强使得能带发生倾斜，导致电子和空穴空间分离，减少了电子波函数与空穴波函数的重叠，以致降低辐射复合效率。
[0004]因此，如何减少位错扩散到随后生长的量子阱层，以及阻止电子和空穴空间分离，以提高量子阱辐射复合效率及提升发光二极管的发光效率，显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高光效发光二极管外延片及其制备方法，可以实现减少位错扩散到随后生长的量子阱层，以及阻止电子和空穴空间分离，达到提高量子阱辐射复合效率及提升发光二极管的发光效率的目的。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种高光效发光二极管外延片，包括衬底以及依次沉积在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；所述有源层包括周期性交替堆叠的复合量子阱层和量子垒层；其中，所述复合量子阱层包括InGaN量子阱层、第一插入层及第二插入层，所述第一插入层、所述InGaN量子阱层及所述第二插入层沿着外延片的生长方向依次沉积，且所述第一插入层与所述第二插入层的厚度相等；所述第一插入层包括沿着外延片生长方向依次沉积的第一SiN层、第一Al层及第一InN层，所述第二插入层包括沿着外延片生长方向依次沉积的第二InN层、第二Al层及第二SiN层。
[0007]相比现有技术，本专利技术的有益效果为：通过在InGaN量子阱层的两侧沿着外延片生长方向沉积第一插入层、第二插入层，第一插入层、第二插入层均包括层叠的SiN层、Al层及InN层，且两者的层叠的次序相反，这种结构的复合量子阱层可以减少位错延伸至复合量子阱层，避免复合量子阱层的晶体质量下降，降低非辐射复合效率。此外，第一插入层及第二插入层中设置的InN层，可以减少InGaN量子阱层受热分解导致In析出，使得电子和空穴被局域在InGaN量子阱层中，提高电子波函数和空穴波函数的交叠，从而提高电子与空穴复合
效率。
[0008]较佳地，所述复合量子阱层的厚度为1nm～10nm，所述第一插入层、所述InGaN量子阱层、所述第二插入层的厚度比为1：1：1～1：10：1。
[0009]较佳地，所述第一SiN层、所述第一Al层、所述第一InN层的厚度比1：1：1～5：5：1。
[0010]较佳地，所述InGaN量子阱层的In组分0.01～0.5。
[0011]较佳地，所述量子垒层为AlGaN层，其Al组分为0.05～0.5，所述量子垒层的厚度为1nm～50nm。
[0012]较佳地，所述复合量子阱层和所述量子垒层的交替周期数为1～20。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的高光效发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次沉积缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、有源层；所述有源层包括周期性交替堆叠的复合量子阱层和量子垒层；其中，所述复合量子阱层包括InGaN量子阱层、第一插入层以及第二插入层，所述第一插入层、所述InGaN量子阱层及所述第二插入层沿着外延片的生长方向依次沉积，且所述第一插入层与所述第二插入层的厚度相等；所述第一插入层包括沿着外延片生长方向依次沉积的第一SiN层、第一Al层及第一InN层，所述第二插入层包括沿着外延片生长方向依次沉积的第二InN层、第二Al层及第二SiN层；在所述有源层依次沉积电子阻挡层和p型GaN层，以完成高光效发光二极管外延片的制备。
[0014]相比现有技术，本专利技术的有益效果为：采用该制备方法相比现有制备方法新增制备复合量子阱层可以减少位错延伸至复合量子阱层，避免复合量子阱层的晶体质量下降，降低非辐射复合效率。此外，第一插入层及第二插入层中设置的InN层，可以减少InGaN量子阱层受热分解导致In析出，使得电子和空穴被局域在InGaN量子阱层中，提高电子波函数和空穴波函数的交叠，从而提高电子与空穴复合效率。
[0015]较佳地，所述复合量子阱层的生长气氛采用N2及NH3成分比1：1～1：10的混合气。
[0016]较佳地，所述复合量子阱层的生长温度为700℃～1000℃，所述量子垒层的生长温度为800℃～1000℃。
[0017]较佳地，所述复合量子阱层及所述量子垒层的生长压力均为50torr～300torr。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为现有技术提供的对照例的发光二极管外延片断面图；图2为本专利技术各实施例提供的高光效发光二极管外延片断面图。
[0020]附图标记说明：10
‑
衬底；
20
‑
缓冲层；30
‑
非掺杂GaN层；40
‑
n型GaN层；50
‑
有源层；51
‑
复合量子阱层；511
‑
InGaN量子阱层；512
‑
第一插入层、5121
‑
第一SiN层、5122
‑
第一Al层、5123
‑
第一InN层；513
‑
第二插入层、5131
‑
第二InN层、5132
‑
第二Al层、5133
‑
第二SiN层；52
‑
量子垒层；53
‑
量子阱层；60
‑
电子阻挡层；70
‑
p型GaN层。
具体实施方式
[0021]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高光效发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底以及依次沉积在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；所述有源层包括周期性交替堆叠的复合量子阱层和量子垒层；其中，所述复合量子阱层包括InGaN量子阱层、第一插入层及第二插入层，所述第一插入层、所述InGaN量子阱层及所述第二插入层沿着外延片的生长方向依次沉积，且所述第一插入层与所述第二插入层的厚度相等；所述第一插入层包括沿着外延片生长方向依次沉积的第一SiN层、第一Al层及第一InN层，所述第二插入层包括沿着外延片生长方向依次沉积的第二InN层、第二Al层及第二SiN层。2.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述复合量子阱层的厚度为1nm～10nm，所述第一插入层、所述InGaN量子阱层、所述第二插入层的厚度比为1：1：1～1：10：1。3.根据权利要求2所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述第一SiN层、所述第一Al层、所述第一InN层的厚度比1：1：1～5：5：1。4.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述InGaN量子阱层的In组分0.01～0.5。5.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述量子垒层为AlGaN层，其Al组分为0.05～0.5，所述量子垒层的厚度为1nm～50nm。6.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，...

【专利技术属性】
技术研发人员：程龙，郑文杰，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：