发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管与流程

专利检索2025-06-23  11


本发明涉及半导体光电器件领域,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。


背景技术:

1、现有的gan基发光二极管中,在p型gan层与有源层之间插入p型algan层,作为电子阻挡层,以阻挡漏电流,提升发光性能。p型algan层由于与有源层势垒层的晶格差异,容易形成极化电场,导致电子阻挡层处的导带势垒高度降低,电子溢出。常用的解决方案是提升p型algan层中al组分的占比,但这也会导致对p型gan层的空穴难以注入多量子阱层,而对于gan材料而言,p型半导体层难以有效激活,空穴浓度低,若电子阻挡层再降低空穴注入多量子阱层的效率,则多量子阱层中电子、空穴浓度匹配程度会大幅降低,降低发光二极管的发光效率。


技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于,提供一种发光二极管外延片及其制备方法,其可提升发光二极管的发光效率。

2、本发明还要解决的技术问题在于,提供一种发光二极管,其发光效率高。

3、为了解决上述问题,本发明公开了一种发光二极管外延片,包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层和p型gan层,所述电子阻挡层包括依次层叠于所述多量子阱层上的aln层和超晶格层;所述超晶格层包括交替层叠的alingan层和ingan层。

4、作为上述技术方案的改进,所述alingan层中al组分占比≤0.8,且所述alingan层中in组分占比大于所述ingan层中in组分占比,以使所述alingan层的晶格常数与所述ingan层的晶格常数之差

5、作为上述技术方案的改进,所述alingan层的禁带宽度大于所述ingan层的禁带宽度。

6、作为上述技术方案的改进,所述aln层的厚度≤15nm,且所述ingan层中in组分占比≥0.1。

7、作为上述技术方案的改进,所述ingan层为mg掺ingan层,其mg掺杂浓度为1×1018cm-3~1×1019cm-3。

8、作为上述技术方案的改进,所述aln层的厚度为5nm~50nm。

9、作为上述技术方案的改进,所述超晶格层的周期数为3~36;

10、所述alingan层中in组分占比为0.05~0.5,al组分占比为0.3~0.9,其厚度为0.5~2.8nm;

11、所述ingan层中in组分占比为0.05~0.4,其厚度为0.5nm~2.8nm。

12、相应的,本发明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,其包括:

13、提供衬底,在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层和p型gan层;

14、所述电子阻挡层包括依次层叠于所述多量子阱层上的aln层和超晶格层;所述超晶格层包括交替层叠的alingan层和ingan层。

15、作为上述技术方案的改进,所述aln层的生长温度为920℃~1050℃,生长压力为30torr~260torr;和/或

16、所述alingan层的生长温度为920℃~1020℃,生长压力为30torr~300torr;

17、所述ingan层的生长温度为800℃~900℃,生长压力为20torr~260torr。

18、相应的,本发明还公开了一种发光二极管,其包括上述的发光二极管外延片。

19、实施本发明,具有如下有益效果:

20、1.本发明的发光二极管外延片中,电子阻挡层包括依次层叠的aln层和超晶格层;超晶格层包括交替层叠的alingan层和ingan层。其中,aln层的禁带宽度高,对电子的阻挡作用强。alingan层和ingan层的引入则可降低电子阻挡层整体受到的应力,显著减小电子阻挡层区域的能带弯曲现象,而且ingan层还可储存一定量的空穴,进而提升了空穴注入效率。也即,本发明的电子阻挡层不仅提升了对电子的阻挡作用,而且还提升了空穴注入效率,两者结合,有效提升了发光效率。

21、2.本发明的发光二极管外延片中,通过控制alingan层、ingan层中in组分和/或al组分,可使得alingan层和ingan层的晶格常数差别极小,不仅可进一步减小了电子阻挡层区域的能带弯曲,提升电子阻挡效率,而且可提升电子阻挡层整体的晶体质量。

22、3.本发明的发光二极管外延片中,通过控制aln层的厚度以及ingan层中in组分的占比,可使得aln层对空穴的阻挡大幅降低,进一步提升了空穴注入效率。

23、4.本发明的发光二极管外延片,在ingan层中掺杂了mg,其可作为空穴来源,提升空穴注入量;而且还可以提升空穴的运动速率,提升发光效率。



技术特征:

1.一种发光二极管外延片,包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层和p型gan层,其特征在于,所述电子阻挡层包括依次层叠于所述多量子阱层上的aln层和超晶格层;所述超晶格层包括交替层叠的alingan层和ingan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alingan层中al组分占比≤0.8,且所述alingan层中in组分占比大于所述ingan层中in组分占比,以使所述alingan层的晶格常数与所述ingan层的晶格常数之差

3.如权利要求1或2所述的发光二极管外延片,其特征在于,所述alingan层的禁带宽度大于所述ingan层的禁带宽度。

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aln层的厚度≤15nm,且所述ingan层中in组分占比≥0.1。

5.如权利要求4所述的发光二极管外延片,其特征在于,所述ingan层为mg掺ingan层,其mg掺杂浓度为1×1018cm-3~1×1019cm-3。

6.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5nm~50nm。

7.如权利要求1所述的发光二极管外延片,其特征在于,所述超晶格层的周期数为3~36;

8.一种发光二极管外延片的制备方法,用于制备如权利要求1~7任一项所述的发光二极管外延片,其特征在于,包括:

9.如权利要求8所述的发光二极管外延片的制备方法,其特征在于,所述aln层的生长温度为920℃~1050℃,生长压力为30torr~260torr;和/或

10.一种发光二极管,其特征在于,包括如权利要求1~7任一项所述的发光二极管外延片。


技术总结
本发明公开了一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管,涉及半导体光电器件领域。发光二极管外延片包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层,所述电子阻挡层包括依次层叠于所述多量子阱层上的AlN层和超晶格层;所述超晶格层包括交替层叠的AlInGaN层和InGaN层。实施本发明,可提升发光二极管的发光效率。

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
受保护的技术使用者:江西兆驰半导体有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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