一种多量子阱层及其制备方法、外延片及发光二极管技术

本发明专利技术提供一种多量子阱层及其制备方法、外延片及发光二极管，所述多量子阱层包括周期性层叠设置的量子阱层、盖帽层以及量子垒层；其中，所述量子阱层为AlScN层、盖帽层为AlSiN层、量子垒层为AlN层。本发明专利技术解决了现有技术中的LED的光提取效率低以及多量子阱中电子空穴辐射复合效率低而导致LED发光效率低的问题。辐射复合效率低而导致LED发光效率低的问题。辐射复合效率低而导致LED发光效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多量子阱层及其制备方法、外延片及发光二极管


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种多量子阱层及其制备方法、外延片及发光二极管。

技术介绍

[0002]过去十年中，AlGaN材料因其在紫外光电器件中的巨大应用潜力而备受关注，紫外LED（发光二极管：Light
‑
Emitting Diode，简称LED）具有光子能量高、波长短、体积小、功耗低、寿命长、环境友好等特点，在高显色指数白光照明、高密度光学数据储存、传感器、平版印刷、空气净化环保等领域具有广泛的应用。
[0003]AlGaN基紫外LED的研制面临的许多的技术困难，如电子本身有效质量较小，具有较高的迁移率，导致电子很多容易通过量子阱而溢出到P层；对于高Al组分的AlGaN材料，缺陷密度较高，外延层晶体质量不佳，且高Al组分的AlGaN材料不论是N型掺杂还是P型掺杂，相比GaN材料而言，AlGaN材料都是要困难的多，尤其是P型AlGaN的掺杂尤为棘手，掺杂剂Mg的活化效率低，导致空穴不足，辐射复合效率降低；另外，AlGaN基紫外LED内量子效率相对蓝绿光发光二极管偏低较多，虽然通过调节发光层AlGaN材料的Al组分，可以实现深紫外LED的制备，然而，随着Al组分逐渐增大，合金散射也增强，导致其发光效率偏低，严重限制紫外发光二极管的性能。为了提高紫外LED的量子效率，需要制备高导电性的p型和n型AlGaN材料和高晶体质量的外延层结构。因此，如何提高紫外发光二极管的发光效率成为行业研究的热点。
[0004]目前AlGaN基紫外LED内量子效率相对蓝绿光发光二极管偏低较多，由于蓝绿光LED外延结构由InGaN/GaN组成，而紫外LED外延层由GaN/AlGaN组成，对紫外光吸收严重，且随着Al组分逐渐增大，合金散射也增强，紫外LED出光模式由横磁场模式向横电场模式转变，即由纵向出光转变为横向出光，导致紫外LED的光提取效率降低；另外，紫外LED量子阱中电子空穴辐射复合效率低，最终导致LED发光效率低。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的是提供一种多量子阱层及其制备方法、外延片及发光二极管，旨在解决现有技术中的LED由于光提取效率降低，并且量子阱中电子空穴辐射复合效率低而导致发光效率低的问题。
[0006]本专利技术实施例是这样实现的：一方面，本专利技术实施例提出一种多量子阱层，其特征在于，包括周期性层叠设置的量子阱层、盖帽层以及量子垒层；其中，所述量子阱层为AlScN层、盖帽层为AlSiN层、量子垒层为AlN层。
[0007]另外，根据上述提出的多量子阱层，至少还可以具有如下的附加技术特征：进一步的，单个周期内，所述量子阱层的厚度为2nm
‑
4nm、盖帽层的厚度为0.5nm~1nm、量子垒层的厚度为8nm
ꢀ‑
15nm。
[0008]进一步的，单个周期内，所述盖帽层的Si掺杂浓度为0.5
×
10
18
cm
‑3‑2×
10
18
cm
‑3。
[0009]进一步的，所述量子阱层的Al组分为65%~85%、Sc组分为15%~35%。
[0010]进一步的，所述量子阱层、盖帽层以及量子垒层的生长周期为5~12。
[0011]另一方面，本专利技术实施例提出一种多量子阱层的制备方法，用于制备上述任一项所述的多量子阱层，所述方法包括：通入生长所需的源和载气；按预设周期依次生长量子阱层、盖帽层以及量子垒层以形成多量子阱层；其中，所述量子阱层为AlScN层、盖帽层为AlSiN层、量子垒层为AlN层。
[0012]进一步的，上述多量子阱层的制备方法，其中，所述量子阱层、盖帽层、量子垒层的生长温度均为1000℃
‑
1200℃。
[0013]进一步的，上述多量子阱层的制备方法，其中，所述量子阱层的生长压力为30Torr ~75Torr，所述盖帽层、量子垒层的生长压力均为30Torr ~75Torr。
[0014]再一方面，本专利技术实施例提出一种外延片，包括上述任一项所述的多量子阱层，所述外延片还包括衬底、缓冲层、未掺杂的AlGaN层、N型掺杂AlGaN层、电子阻挡层、P型掺杂AlGaN层及接触层；所述缓冲层、未掺杂的AlGaN层、N型掺杂AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型掺杂AlGaN层及接触层依次层叠在所述衬底上。
[0015]再一方面，本专利技术实施例提出一种发光二极管，包括上述的外延片。
[0016]与现有技术相比，本专利技术实施例至少具有以下有益效果：本专利技术将周期性的AlScN/AlSiN/AlN作为多量子阱结构，其中，AlScN层为量子阱层，AlSiN层为盖帽层，AlN层为量子垒层。由于在传统的紫外LED量子阱内GaN/AlGaN（或AlGaN/AlGaN）对紫外光吸收比较强，且阱垒之间的极化效应导致电子空穴辐射复合效率低，从而使紫外LED的发光效率降低，而AlN对紫外光吸收极少，将Sc引入AlN中量子阱中，会增加压电极化电荷密度，这会引起非平衡空穴注入到量子阱中，提高电子空穴的辐射复合效率，最终提高紫外LED的发光效率，并且为了避免Sc引入AlN中会导致AlScN表面粗糙，在AlScN阱层与AlN垒层之间加入AlSiN盖帽层，可以降低阱垒界面粗糙度，最终实现了对LED的发光效率的提升。
附图说明
[0017]图1为本专利技术一实施例当中的外延片的结构示意图；图2为本专利技术一实施例当中的多量子阱层制备方法的流程图；如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0018]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的若干实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0019]需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接
到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0020]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0021]本专利技术实施例针对现有的LED由于光提取效率降低，并且量子阱中电子空穴辐射复合效率低而导致发光效率低的问题，提出了一种多量子阱层及其制备方法、外延片及发光二极管，其中：请参阅图1，所示为本专利技术一实施例当中提出的外延片的结构示意图，该外延片包括：衬底1，依次层叠在衬底1上的缓冲层2、未掺杂的AlGaN本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多量子阱层，其特征在于，包括周期性层叠设置的量子阱层、盖帽层以及量子垒层；其中，所述量子阱层为AlScN层、盖帽层为AlSiN层、量子垒层为AlN层，所述盖帽层的Si掺杂浓度为0.5
×
10
18
cm
‑3‑2×
10
18
cm
‑3。2.根据权利要求1所述的多量子阱层，其特征在于，单个周期内，所述量子阱层的厚度为2nm
‑
4nm、盖帽层的厚度为0.5nm~1nm、量子垒层的厚度为8nm
ꢀ‑
15nm。3.根据权利要求1所述的多量子阱层，其特征在于，所述量子阱层的Al组分为65%~85%、Sc组分为15%~35%。4.根据权利要求1至3中任一项所述的多量子阱层，其特征在于，所述量子阱层、盖帽层以及量子垒层的生长周期为5~12。5.一种多量子阱层的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至4中任一项所述的多量子阱层，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春杨，吕蒙普，胡加辉，金从龙，顾伟，
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：