CN106601880A - 一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法，属于半导体技术领域。所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、有源层和P型层，所述有源层由若干InGaN量子点组成。本发明通过由若干InGaN量子点组成有源层，InGaN量子点可以阻断原位生长形成的缺陷和位错继续延伸，解决外延生长导致的应力和极化带来的不良影响，提升LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法。
背景技术
氮化镓(GaN)具有良好的热导性能，同时具有耐高温、耐酸碱、高硬度等特征，广泛应用于各种波段的发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)。GaN基LED的核心组件是芯片，芯片包括外延片和设于外延片上的电极。
GaN基LED外延片通常采用金属有机化合物化学气相沉积(英文：Metal-organicChemical Vapor Depositio，简称：MOCVD)原位制备技术，在蓝宝石衬底上依次生长GaN缓冲层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、多量子阱层和P型GaN层。其中，多量子阱层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
蓝宝石衬底和氮化镓晶格之间晶格失配，造成外延生长过程中会产生应力和极化，MOCVD原位生长导致缺陷和位错沿生长方向延伸到多量子阱层，影响整个LED的发光效率。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片，所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、有源层和P型层，所述有源层由若干InGaN量子点组成。
可选地，所述InGaN量子点的颗粒尺寸为0.2～20nm。
可选地，所述有源层的厚度为2～150nm。
在本发明一种可能的实现方式中，所述InGaN量子点铺设在所述N型层上。
在本发明另一种可能的实现方式中，所述InGaN量子点吸附在载体层上，所述载体层铺设在所述N型层上。
可选地，所述载体层的材料采用ZnO、TiO2、GaN、GaO中的一种或多种。
优选地，所述载体层中掺杂有Al、Sn、In、Ni中的一种或多种。
另一方面，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法，所述制备方法包括：
将蓝宝石衬底放入金属有机化合物化学气相沉积设备中，在所述蓝宝石衬底上依次原位生长缓冲层、未掺杂GaN层、N型层；
将所述蓝宝石衬底放入水热釜中，采用水热合成法在所述N型层上形成由若干InGaN量子点组成的有源层；
将所述蓝宝石衬底放入所述金属有机化合物化学气相沉积设备中，在所述有源层上原位生长P型层。
可选地，所述InGaN量子点的颗粒尺寸为0.2～20nm。
可选地，所述有源层的厚度为2～150nm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过由若干InGaN量子点组成有源层，InGaN量子点可以阻断原位生长形成的缺陷和位错继续延伸，解决外延生长导致的应力和极化带来的不良影响，提升LED的发光效率。而且相比InGaN量子阱，InGaN量子点可以吸收超过带隙能的能量，突破100％量子效率的限制，提高电子和空穴的复合效率，进一步提升整个LED的发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种氮化镓基发光二极管的外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片，参见图1，该外延片包括蓝宝石衬底1、以及依次层叠在蓝宝石衬底1上的缓冲层2、未掺杂GaN层3、N型层4、有源层5和P型层6。
在本实施例中，有源层由若干InGaN量子点组成。
可选地，InGaN量子点的颗粒尺寸可以为0.2～20nm。
可选地，有源层的厚度可以为2～150nm。
在本实施例的一种实现方式中，InGaN量子点可以铺设在N型层上。
在本实施例的另一种实现方式中，InGaN量子点可以吸附在载体层上，载体层铺设在N型层上。
可选地，载体层的材料可以采用ZnO、TiO2、GaN、GaO中的一种或多种。
优选地，载体层中可以掺杂有Al、Sn、In、Ni中的一种或多种。
具体地，缓冲层可以为GaN层，N型层可以为N型掺杂的GaN层，P型层可以包括P型掺杂的GaN层，也可以包括依次层叠在有源层上的P型掺杂的AlyGa1-yN层和P型掺杂的GaN层，0.1＜y＜0.5。
可选地，缓冲层的厚度可以为15～35nm。
可选地，未掺杂GaN层的厚度可以为1～5μm。
可选地，N型层的厚度可以为1～5μm，掺杂浓度可以为1018～1019cm-3。
可选地，P型掺杂的AlyGa1-yN层的厚度可以为50～150nm。
可选地，P型掺杂的GaN层的厚度可以为100nm～200nm。
本发明实施例通过由若干InGaN量子点组成有源层，InGaN量子点可以阻断原位生长形成的缺陷和位错继续延伸，解决外延生长导致的应力和极化带来的不良影响，提升LED的发光效率。而且相比InGaN量子阱，InGaN量子点可以吸收超过带隙能的能量，突破100％量子效率的限制，提高电子和空穴的复合效率，进一步提升整个LED的发光效率。
实施例二
本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法，适用于制备实施例一提供的外延片，参见图2，该制备方法包括：
步骤201：将蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，在H2气氛中对蓝宝石衬底进行10～15分钟的高温处理。
步骤202：控制温度为400～600℃，压力为400～600Torr，在蓝宝石衬底上原位生长缓冲层。
具体地，缓冲层可以为GaN层。
可选地，缓冲层的厚度可以为15～35nm。
步骤203：控制温度为1000～1100℃，压力为100～500Torr，在缓冲层上生长未掺杂GaN层。
可选地，未掺杂GaN层的厚度可以为1～5μm。
步骤204：控制温度为1000～1200℃，压力为100～500Torr，在未掺杂GaN层上生长N型层。
具体地，N型层可以为N型掺杂的GaN层。
可选地，N型层的厚度可以为1～5μm，掺杂浓度可以为1018～1019cm-3。
步骤205：将蓝宝石衬底放入水热釜中，采用水热合成法在N型层上形成由若干InGaN量子点组成的有源层。
在本实施例中，有源层由若干InGaN量子点组成。
可选地，InGaN量子点的颗粒尺寸可以为0.2～20nm。
可选地，有源层的厚度可以为2～150nm。
在本实施例的一种实现方式中，InGaN量子点可以铺设在N型层上。
在实际应用中，可以采用丝网印刷技术将有源层设置在N型层上。
在本实施例的另一种实现方式中，InGaN量子点可以吸附在载体层上，载体层铺设在N型层上。
可选地，载体层的材料可以采用ZnO、TiO2、GaN、GaO中的一种或多种。
优选地，载体层中可以掺杂有Al、Sn、In、Ni中的一种或多种。
步骤206：将蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，控制温度为200～1000℃、压力为50～500torr，在有源层上原位生长P型掺杂的AlyGa1-yN层，0.1＜y＜0.5。
可选地，P型掺杂的AlyGa1-yN层的厚度可以为50～150nm。
步骤207：控制温度为750～1080℃，压力为200～500Torr，在P型掺杂的AlyGa1-yN层上生长P型掺杂的GaN层。
可选地，P型掺杂的GaN层的厚度可以为100nm～200nm。
本发明实施例通过由若干InGaN量子点组成有源层，InGaN量子点可以阻断原位生长形成的缺陷和位错继续延伸，解决外延生长导致的应力和极化带来的不良影响，提升LED的发光效率。而且相比InGaN量子阱，InGaN量子点可以吸收超过带隙能的能量，突破100％量子效率的限制，提高电子和空穴的复合效率，进一步提升整个LED的发光效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氮化镓基发光二极管的外延片，所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、有源层和P型层，其特征在于，所述有源层由若干InGaN量子点组成。
2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述InGaN量子点的颗粒尺寸为0.2～20nm。
3.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述有源层的厚度为2～150nm。
4.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述InGaN量子点铺设在所述N型层上。
5.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述InGaN量子点吸附在载体层上，所述载体层铺设在所述N型层上。
6.根据权利要求5所述的外延片，其特征在于，所述载体层的材料采用ZnO、TiO2、GaN、GaO中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的外延片，其特征在于，所述载体层中掺杂有Al、Sn、In、Ni中的一种或多种。
8.一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将蓝宝石衬底放入金属有机化合物化学气相沉积设备中，在所述蓝宝石衬底上依次原位生长缓冲层、未掺杂GaN层、N型层；
将所述蓝宝石衬底放入水热釜中，采用水热合成法在所述N型层上形成由若干InGaN量子点组成的有源层；
将所述蓝宝石衬底放入所述金属有机化合物化学气相沉积设备中，在所述有源层上原位生长P型层。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述InGaN量子点的颗粒尺寸为0.2～20nm。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述有源层的厚度为2～150nm。
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| GR01 | Patent grant | ||
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