CN105742434A - 一种氮化物发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氮化物发光二极管及其制备方法，包括：提供一衬底，对所述衬底表面进行清洁处理；依次于所述衬底表面生长缓冲层、N型层、浅量子阱层、发光层和P型层；其中，所述浅量子阱层的生长过程中通过阱层的高低温度交错生长和铟源的间断通入调节控制V型缺陷，并通过控制V型缺陷的均匀性、密度及尺寸，从而提升发光二极管的内部量子发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体为一种氮化物发光二极管及其制备方法。
背景技术
传统的氮化镓基发光二极管的外延片包括衬底，在衬底上依次生长的缓冲层、N型层、多量子阱层和P型层，其中多量子阱层为超晶格结构，每个周期包括交替生长的InGaN阱层和GaN垒层。由于InGaN阱层和GaN垒层之间存在较大的晶格失配，使得晶体质量较差，容易形成漏电流，并且多量子阱层中的InGaN阱层中存在较大的压应力，该压应力随着In组分的增加而增强，这种压应力使得InGaN阱层和GaN垒层界面处产生极化电荷，从而降低LED的内量子效率。为了减少多量子阱层中的晶格失配，释放多量子阱层中的压应力，现有技术在N型层和多量子阱层之间引入了InGaN阱层和GaN垒层交替生长形成的超晶格作为应力释放层。而由于现有技术中的应力释放层通常在低温条件生长，其中In的含量通常比较高，这会很容易引入V型缺陷，而经研究发现，V型缺陷可以明显改善发光二极管的亮度，主要是因为V型缺陷为电子和空穴的复合提供了有利的基点，增加了复合效率；而由于常规生长方法形成的V型缺陷均匀性较差，且密度较低，约为1×108~4×108cm-2，从而限制了V型缺陷的效果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明采用高低温交错生长和铟源间断通入的方式生长浅量子阱层的阱层结构，利用该方式实现对阱层的烘烤处理，在阱层表面形成均匀分布的铟簇，而均匀分布的铟簇可以有效调节V型缺陷的密度及分布均匀性。
本发明提供的技术方案为：一种氮化物发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
提供一衬底，对所述衬底表面进行清洁处理；
依次于所述衬底表面生长缓冲层、N型层、浅量子阱层、发光层和P型层；
其特征在于：所述浅量子阱层的生长过程中伴随有V型缺陷的形成，所述浅量子阱层的生长过程具体如下：
于T1温度下通入镓源和铟源生长子阱层，所述子阱层表面分布有铟簇，所述铟簇为V型缺陷的形成提供初始点；
关闭铟源和镓源，升高温度至T2，对所述子阱层进行烘烤处理，使所述铟簇通过再结晶处理均匀分布于子阱层表面；
循环生长上述步骤~，形成铟簇均匀分布的阱层；
关闭铟源，保持镓源持续通入，于T3温度下生长垒层,所述垒层与所述阱层表面的铟簇接触点处形成V型缺陷；所述垒层与阱层依次循环层叠形成浅量子阱结构。
优选的，调节所述子阱层的烘烤温度及时间，控制铟簇均匀性和尺寸，控制V型缺陷的均匀性与尺寸。
优选的，所述T1的范围为700~850℃。
优选的，所述T1与T2满足关系式：10℃≤T2-T1≤50℃。
优选的，所述T2与T3满足关系式：0℃≤T3-T2≤50℃。
优选的，调节所述子阱层的循环次数，控制铟簇密度，控制V型缺陷的密度。
优选的，所述浅量子阱结构的循环次数为3~30。
优选的，所述阱层厚度为1~10nm，所述垒层厚度为3~150nm。
优选的，所述阱层的材料为InGaN，所述垒层的材料为AlGaN。
本发明还提供了一种氮化物发光二极管，其至少包括一衬底，及依次沉积于所述衬底上的缓冲层、N型层、浅量子阱层、发光层和P型层，其特征在于：所述浅量子阱层由具有V型缺陷的阱层和垒层交替层叠而成，所述阱层包括复数组子阱层及均匀分布于所述子阱层上的铟簇，通过控制所述铟簇的均匀性、密度及尺寸进而控制所述V型缺陷的均匀性、密度及尺寸。
优选的，所述V型缺陷的密度5×108~8×108cm-2。
本发明至少具有以下有益效果：采用高低温交错生长和铟源间断通入的方式生长浅量子阱的阱层结构，利用该方式实现对阱层的逐步烘烤处理，使阱层表面形成均匀分布的铟簇，而通过调节铟簇的均匀性和密度可有效调节V型缺陷的分布均匀性及密度。V型缺陷的形成是由于含铟的阱层与垒层两者材料的晶格不匹配产生,其铟簇为V型缺陷的初始点，因此当铟簇数量增加、铟簇尺寸变化时,V型缺陷的数量及尺寸亦会增加变化，从而提升发光二极管的内部量子发光效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为本发明实施例之氮化物发光二极管生长流程示意图。
图2为本发明实施例中随着时间的变化，Ga源、铟源阀件开（on）关（off）状态以及温度变化之间的关系示意图，横坐标表示时间，纵坐标上半轴表示温度数量，下半轴表示生长物质通入状况。
图3为本发明实施例之浅量子阱层生长流程示意图。
图4为本发明实施例之氮化物发光二极管结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
参看图1，对于本发明实施的一种氮化物发光二极管及其制备方法，下面进行详细说明。
首先，提供衬底100，衬底100的选取包括但不限于蓝宝石、氮化铝、氮化镓、硅、碳化硅，其表面结构可为平面结构或图案化结构。在本实施例中，采用图案化蓝宝石衬底。
接着，将衬底100置入反应腔室并对衬底100表面进行清洁处理，随后于衬底100表面生长缓冲层200、N型层300、浅量子阱层400、发光层500和P型层600，形成氮化物发光二极管。本实施例中，浅量子阱层400包括3~30对循环层叠的阱层和垒层结构，阱层厚度为1~10nm，材料为InGaN；垒层厚度为3~150nm，材料为GaN。沉积于浅量子阱层400上的发光层500，为InGaN/GaN材料层循环层叠构成。
本发明为解决常规浅量子阱层生长形成的V型缺陷均匀性较差，且密度较低的问题，提出了一种伴随有V型缺陷形成的浅量子阱层400的生长方法，所述浅量子阱层的生长过程具体如下：
参看附图2和3，首先在T1温度，下通入镓源和铟源生长子阱层411，使子阱层411表面分布有铟簇，T1的范围为700~850℃；随后关闭铟源和镓源，升高腔室温度至T2，对子阱层411进行烘烤处理，使铟簇通过再结晶处理均匀分布于子阱层411表面；随后降低温度至T1，通入铟源和镓源生长子阱层411，再升高温度至T2进行烘烤处理，依次循环形成阱层410；后关闭铟源，保持镓源持续通入，于T3温度下生长垒层420,垒层420与阱层410依次循环层叠形成浅量子阱结构400。本方法中，T1与T2的温差关系满足：10℃≤T2-T1≤50℃，烘烤处理时间为3~100s，因为当T2温度过高（例如与T1温差超过50超以上），时间过长时，铟簇因过度烘烤而消失或粒径过小，从而无法获得足够的V型缺陷或V型缺陷尺寸过小，且获得的晶体质量无法满足释放应力的需求，从而造成后续发光层的晶体质量降低，影响发光二极管的电性能；而当T2温度过低时，则无法实现烘烤的过程，亦无法获得大小均匀的铟簇。
实验表明，利用高低温交错生长烘烤的方式生长浅量子阱的阱层410结构，有效地增加了V型缺陷的密度，为5×108~8×108cm-2，并且调节高低温循环的次数、烘烤处理的时间和温度，控制V型缺陷的密度与均匀性以及V型缺陷的尺寸。本方法中，T2与T3的温差关系满足：0℃≤T3-T2≤50℃，利用较高的温度生长垒层420，可以获得质量优良的晶体质量，覆盖于阱层410表面，较好的改善阱层低温富铟条件所产生的非V型缺陷，减小发光二极管的漏电流等电性异常现象；同时在V型缺陷斜面形成平整的表面，利于下一个阱层的生长，从而最终形成符合需求的浅量子阱层400。
参看附图4，采用上述制备方法，本发明提出一种氮化物发光二极管结构，其至少包括一衬底100，及依次沉积于衬底100上的缓冲层200、N型层300、浅量子阱层400、发光层500和P型层600；其中，所述浅量子阱层400由具有V型缺陷的阱层410（图中未示出）和垒层420（图中未示出）交替层叠而成，而阱层410包括复数组子阱层411（图中未示出）及均匀分布于所述子阱层411上的铟簇，通过调节铟簇的密度、均匀性及尺寸而调节V型缺陷的密度、均匀性及尺寸，本结构获得的V型缺陷的密度为5×108~8×108cm-2。
很明显地，本发明的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本发明构思的所有可能的实施方式。
Claims (12)
1.一种氮化物发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
提供一衬底，对所述衬底表面进行清洁处理；
依次于所述衬底表面生长缓冲层、N型层、浅量子阱层、发光层和P型层；
其特征在于：所述浅量子阱层的生长过程中伴随有V型缺陷的形成，所述浅量子阱层的生长过程具体如下：
于T1温度下通入镓源和铟源生长子阱层，所述子阱层表面分布有铟簇，所述铟簇为V型缺陷的形成提供初始点；
关闭铟源和镓源，于T2温度下，对所述子阱层进行烘烤处理，使所述铟簇通过再结晶处理均匀分布于子阱层表面；
循环生长上述步骤~，形成铟簇均匀分布的阱层；
关闭铟源，保持镓源持续通入，于T3温度下生长垒层，所述垒层与所述阱层表面的铟簇接触点处形成V型缺陷；所述垒层与阱层依次循环层叠形成浅量子阱层。
2.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于：通过调节所述子阱层的烘烤温度及时间，控制铟簇均匀性和尺寸，进而控制V型缺陷的均匀性与尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于：所述T1的范围为700~850℃。
4.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于：所述T1与T2满足关系式10℃≤T2-T1≤50℃。
5.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于：所述T2与T3满足关系式0℃≤T3-T2≤50℃。
6.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于：所述步骤中烘烤处理的时间为3~100s。
7.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于：调节所述子阱层的循环次数，控制铟簇的密度，进而控制V型缺陷的密度。
8.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于：所述浅量子阱层的循环次数为3~30。
9.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于：所述阱层厚度为3~10nm，所述垒层厚度为3~150nm。
10.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于：所述阱层的材料为InGaN，所述垒层的材料为GaN。
11.一种氮化物发光二极管，至少包括一衬底，及依次沉积于所述衬底上的缓冲层、N型层、浅量子阱层、发光层和P型层，其特征在于：所述浅量子阱层由具有V型缺陷的阱层和垒层交替层叠而成，所述阱层包括复数组子阱层及分布于所述子阱层上的铟簇，通过控制所述铟簇的均匀性、密度及尺寸，进而控制所述V型缺陷的均匀性、密度及尺寸。
12.根据权利要求11所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述V型缺陷的密度5×108~8×108cm-2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |