CN109411577A - 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 - Google Patents
一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109411577A CN109411577A CN201811012178.2A CN201811012178A CN109411577A CN 109411577 A CN109411577 A CN 109411577A CN 201811012178 A CN201811012178 A CN 201811012178A CN 109411577 A CN109411577 A CN 109411577A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- quantum well
- barrier layer
- layer
- thickness
- quantum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 232
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 30
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 10
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000002508 compound effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法，属于发光二极管技术领域。所述外延片包括：衬底、以及依次在衬底上沉积的低温GaN层、高温GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、以及P型层；所述多量子阱层包括n层层叠的量子阱垒层，各个所述量子阱垒层包括量子阱和沉积在所述量子阱上的量子垒，所述量子阱为InGaN量子阱，所述量子垒为GaN量子垒；各个所述量子垒的厚度是相同的；靠近所述N型层的量子阱垒层的层数为1；第一相邻两层量子阱垒层中奇数层的量子阱垒层层数小于偶数层的量子阱垒层层数；所述第一相邻两层量子阱垒层中，所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度小于或大于所述偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度；2≤n。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，特别涉及一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种能发光的半导体电子元件。LED通常包括外延片和设于外延片上的电极。
GaN基LED外延片包括：衬底、以及依次在衬底上生长的低温GaN层、高温GaN层、N型层、MQW(Multiple Quantum Well，多量子阱)层(又称有源层)、电子阻挡层和P型层。MQW层包括若干层叠的量子阱垒层，各个量子阱垒层包括InGaN量子阱和GaN量子垒。各个量子阱垒层的InGaN量子阱，其生长厚度是一致的，In含量是一致的。
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：
量子阱的成分是InGAN，量子垒的成分是GaN，由于InGAN与GAN的晶格常数不同，因此量子阱存在极化效应，而In含量越多极化效应越强。现有的各个量子阱垒层的InGaN阱层，由于其生长厚度是一致的，In含量也是一致的，因此各个阱区存在的极化效应的方向基本是相同的，整体的极化效应会随着量子阱数目的增加逐渐累加，程度越来越严重。严重的极化效应会极大地减少电子波函数和空穴波函数的重叠区域，严重影响到电子和空穴的复合效率。
发明内容
本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法，能够释放掉量子阱的一部分极化效应，增加电子波函数和空穴波函数的重叠区域。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片，所述外延片包括：
衬底、以及依次在衬底上沉积的低温GaN层、高温GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、以及P型层；
所述多量子阱层包括n层层叠的量子阱垒层，各个所述量子阱垒层包括量子阱和沉积在所述量子阱上的量子垒，所述量子阱为InGaN量子阱，所述量子垒为GaN量子垒；各个所述量子垒的厚度是相同的；靠近所述N型层的量子阱垒层的层数为1；第一相邻两层量子阱垒层中奇数层的量子阱垒层层数小于偶数层的量子阱垒层层数；所述第一相邻两层量子阱垒层中，所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度小于或大于所述偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度；2≤n。
可选地，所述第一相邻两层量子阱垒层中，所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度小于所述偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度，n为偶数。
可选地，n＝6、8、10、或12。
可选地，所述第一相邻两层量子阱垒层中，所述偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度是所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度的2～4倍。
可选地，各个所述量子阱垒层中量子阱的厚度是按层数逐渐增加的。
可选地，第二相邻两层量子阱垒层中奇数层的量子阱垒层层数大于偶数层的量子阱垒层层数；所述第二相邻两层量子阱垒层中，所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度是所述偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度的1～2倍。
可选地，层数为1的量子阱垒层中量子阱的厚度为0.1nm，层数为2的量子阱垒层中量子阱的厚度为0.2～0.4nm。
可选地，所述第一相邻两层量子阱垒层中，所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的In浓度是所述偶数层的量子阱垒层中量子阱的In浓度的1～4倍。
可选地，所述第一相邻两层量子阱垒层中，所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的In浓度为1×1020/cm3～5×1020/cm3。
另一方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，所述方法包括：
提供衬底，并对所述衬底进行预处理；
依次在所述衬底上沉积低温GaN层、高温GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、以及P型层；所述多量子阱层包括n层层叠的量子阱垒层，各个所述量子阱垒层包括量子阱和沉积在所述量子阱上的量子垒，所述量子阱为InGaN量子阱，所述量子垒为GaN量子垒；各个所述量子垒的厚度是相同的；靠近所述N型层的量子阱垒层的层数为1；第一相邻两层量子阱垒层中奇数层的量子阱垒层层数小于偶数层的量子阱垒层层数；所述第一相邻两层量子阱垒层中，所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度小于或大于所述偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度；2≤n。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过靠近N型层的量子阱垒层的层数为1；第一相邻两层量子阱垒层中奇数层的量子阱垒层层数小于偶数层的量子阱垒层层数；第一相邻两层量子阱垒层中，奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度小于或大于偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度；那么，量子阱的厚度是薄厚相间的；薄厚相间的量子阱会生产不同强度的极化效应，即厚度薄的量子阱的极化效应较小，厚度较厚的量子阱的极化效应相应较大，不同强度的极化效应会产生不同扭曲程度、以及不同方向的能带，而不在同一水平线方向上的能带会互相抵消掉，从而释放掉一部分极化效应，这样，增加了电子波函数和空穴波函数的重叠区域，提高了电子和空穴的复合效率。
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是本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度的变化与LED发光亮度的变化的对照关系示意图；
图3是本发明实施例提供的奇数层的量子阱垒层中量子阱的In浓度的变化与LED发光亮度的变化的对照关系示意图；
图4是本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法的流程图。
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。
图1示出了本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片。参见图1，该GaN基发光二极管外延片包括：衬底11、以及依次在衬底11上沉积的低温GaN层12、高温GaN层13、N型层14、多量子阱层15、电子阻挡层16、以及P型层17。多量子阱层15包括n层层叠的量子阱垒层150。各个量子阱垒层150包括量子阱和沉积在量子阱上的量子垒152。量子阱为InGaN量子阱，量子垒152为GaN量子垒。各个量子垒152的厚度是相同的。靠近N型层14的量子阱垒层150(图1中填充示出)的层数为1；第一相邻两层量子阱垒层150中奇数层的量子阱垒层150层数小于偶数层的量子阱垒层150层数；第一相邻两层量子阱垒层150中，奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度小于或大于偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度。2≤n。
各个量子垒152的厚度是相同的，此是考虑到保证垒层对阱层的影响是一致的。量子垒152的厚度可以为8～11nm。
示例性地，当n＝7时，第一相邻两层量子阱垒层150可以是第1层量子阱垒层150和第2层量子阱垒层150，也可以是第3层量子阱垒层150和第4层量子阱垒层150，还可以是第5层量子阱垒层150和第6层量子阱垒层150。
由于第一相邻两层量子阱垒层150中，奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度小于或者大于偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度，那么，量子阱的厚度是薄厚相间的；薄厚相间的量子阱会生产不同强度的极化效应，即厚度薄的量子阱的极化效应较小，厚度较厚的量子阱的极化效应相应较大，不同强度的极化效应会产生不同扭曲程度、以及不同方向的能带，而不在同一水平线方向上的能带会互相抵消掉，从而释放掉一部分极化效应，这样，增加了电子波函数和空穴波函数的重叠区域，提高了电子和空穴的复合效率。
示例性地，第一相邻两层量子阱垒层150中，奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度小于偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度，n为偶数。
层数为1的量子阱垒层150中，量子阱151a沉积在N型层14上。由于奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度偏薄，层数为1的量子阱垒层150中量子阱151a能够在多量子阱层15刚生长时就能够降低极化效应，提高电子与空穴的复合效率。最后一层量子阱垒层150中量子阱151b靠近P型层17，是主要发光阱且空穴的移动速率较慢，而最后一层量子阱垒层150是偶数层，偶数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度偏厚，其厚度厚些会增加电子和空穴的复合几率。
示例性地，n＝6、8、10、或12。若n小于6，会因为量子阱垒层150数量较少而影响到电子和空穴复合的几率。若n大于12，一方面会增加生产成本，另一方面量子阱垒层150循环数越多整个多量子阱层15的极化效应越强。
优选地，n＝6、8、或10；可保证多量子阱层15中电子和空穴复合几率、生产成本和极化效应的控制。
示例性地，第一相邻两层量子阱垒层150中，偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度是奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度的2～4倍。
图2示出了第一相邻两层量子阱垒层150中，偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度的变化与LED发光亮度的变化的对照关系。图2中，横轴表示第一相邻两层量子阱垒层150中，偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度与奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度的比例关系，纵轴表示LED的发光亮度(单位为mw)。参见图2，第一相邻两层量子阱垒层中，若偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度低于奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度的2倍，会因为厚度差异不大而影响到极化效应的释放，LED的亮度低于110mw。若偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度高于奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度的4倍，会因为阱层的厚度偏薄而影响到发光效率，LED的亮度在105mw左右。若偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度是奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度的2～4倍，LED的亮度稳定在105～115mw，高于平均水平。
优选地，第一相邻两层量子阱垒层150中，偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度是奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度的2～3倍。这时，LED的亮度稳定在110～115mw，可保证极化效应的释放和发光效率。
示例性地，当第一相邻两层量子阱垒层150中，偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度是奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度的2～4倍时，所有量子阱垒层中，各个奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度是相同的；各个偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度是相同的。
示例性地，n＝6，第1层量子阱垒层150中量子阱151a的厚度为0.1nm，第2层量子阱151b的厚度为0.4nm，第3层量子阱151a的厚度为0.1nm，第4层量子阱151b的厚度为0.4nm，第5层量子阱151a的厚度为0.1nm，第6层量子阱151b的厚度为0.4nm。
示例性地，当第一相邻两层量子阱垒层150中，偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度是奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度的2～4倍时，各个奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度可以不同；各个偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度也可以不同。
示例性地，n＝6，第1层量子阱垒层150中量子阱151a的厚度为0.1nm，第2层量子阱151b的厚度为0.2nm，第3层量子阱151a的厚度为0.1nm，第4层量子阱151b的厚度为0.6nm，第5层量子阱151a的厚度为0.2nm，第6层量子阱151b的厚度为0.8nm。
示例性地，各个量子阱垒层150中量子阱151b的厚度是按层数逐渐增加的。
示例性地，当各个量子阱垒层150中量子阱151b的厚度是按层数逐渐增加时，第二相邻两层量子阱垒层150中奇数层的量子阱垒层150层数大于偶数层的量子阱垒层150层数；第二相邻两层量子阱垒层150中，奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度是偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度的1～2倍。
示例性地，当n＝7时，第二相邻两层量子阱垒层150可以是第2层量子阱垒层150和第3层量子阱垒层150，也可以是第4层量子阱垒层150和第5层量子阱垒层150，还可以是第6层量子阱垒层150和第7层量子阱垒层150。
可选地，层数为1的量子阱垒层150中量子阱151a的厚度为0.1nm，层数为2的量子阱垒层150中量子阱151b的厚度为0.2～0.4nm。
示例性地，n＝6，第1层量子阱垒层150中量子阱151a的厚度为0.1nm，第2层量子阱151b的厚度为0.3nm，第3层量子阱151a的厚度为0.3nm，第4层量子阱151b的厚度为0.6nm，第5层量子阱151a的厚度为0.6nm，第6层量子阱151b的厚度为1.2nm。
通过量子阱151b的厚度按层数逐渐增加，越接近P型层17的量子阱的厚度越厚，由于靠近P型层17的量子阱是主要的发光阱，逐渐变厚一方面让极化效应向后累积的少，另一方面也是尽可能多的让电子空穴进行复合提升发光效率。
示例性地，多量子阱层15的总厚度可以为130～160nm。
示例性地，第一相邻两层量子阱垒层150中，奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的In浓度是偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的In浓度的1～4倍。
图3示出了第一相邻两层量子阱垒层150中奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的In浓度的变化与LED发光亮度的变化的对照关系。图3中，横轴表示奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的In浓度与偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的In浓度的比例关系，纵轴表示LED的发光亮度(单位为mw)。参见图3，第一相邻两层量子阱垒层150中，若奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的In浓度低于偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的In浓度的1倍，会因为In的含量较低而影响到发光效率，LED的亮度低于108mw。若奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的In浓度高于偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的In浓度的4倍，会因为In含量较高加重了极化效应，LED的亮度在100mw左右。若奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的In浓度是偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的In浓度的1～4倍，厚量子阱的In含量较低，厚段的In含量低有进一步再降低厚量子阱的极化效应的作用，因此可以提高整体的发光效率，LED的亮度稳定在105～110mw之间，高于平均水平。
优选地，第一相邻两层量子阱垒层150中，奇数层的量子阱垒层150中量子阱151a的In浓度是偶数层的量子阱垒层150中量子阱151b的In浓度的1～3倍，LED的亮度稳定在108～115mw之间，远高于平均水平，保证发光效率和极化效应的控制。
示例性地，奇数层的量子阱垒层中量子阱的In浓度为1×1020/cm3～5×1020/cm3。
图4示出了本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，该制备方法可以是MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)方法。MOCVD设备可以选用型号为Veeco K465i or C4的MOCVD设备。在制备GaN基发光二极管外延片时，可以采用高纯H2(氢气)或高纯N2(氮气)或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气。高纯NH3作为N源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，三甲基铝(TMAl)作为铝源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂。参见图4，该方法流程包括如下步骤。
步骤401、提供衬底，并对衬底进行预处理。
预处理方式可以包括：在氢气气氛下，高温处理衬底5～6min。在对衬底进行预处理时，MOCVD设备的反应室温度可以为1000～1100℃，反应室压力可以控制在200～500torr。衬底可以是蓝宝石衬底。
步骤402、依次在衬底上沉积低温GaN层、高温GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层和P型层。
在本实施例中，低温GaN层即低温缓冲层，低温GaN层生长在蓝宝石衬底的[0001]面上。低温GaN层的厚度可以为15～30nm。生长低温GaN层时，反应室温度可以为530～560℃，反应室压力可以控制在200～500torr。
在本实施例中，高温GaN层即高温缓冲层，可以为不掺杂的GaN层，厚度可以为2～3.5μm。生长高温缓冲层时，反应室温度可以为1000～1100℃，反应室压力可以控制在200～600torr。
在本实施例中，N型层可以为掺Si的GaN层，厚度可以为2～3μm。生长N型层时，反应室温度可以为1000～1100℃，反应室压力可以控制在200～300torr。
在本实施例中，多量子阱层包括n层层叠的量子阱垒层，各个量子阱垒层包括量子阱和沉积在量子阱上的量子垒。量子阱为InGaN量子阱，量子垒为GaN量子垒。
生长多量子阱层时，反应室的压力可以控制在200torr。生长量子阱时，反应室温度可以为760～780℃。生长量子垒时，反应室温度可以为860～890℃。
各个量子垒的厚度是相同的。量子垒的厚度可以为8～11nm。
靠近N型层的量子阱垒层的层数为1。第一相邻两层量子阱垒层中奇数层的量子阱垒层层数小于偶数层的量子阱垒层层数；第一相邻两层量子阱垒层中，奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度小于或大于偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度；2≤n。
优选地，第一相邻两层量子阱垒层中，奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度小于偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度。n为偶数。示例性地，n＝6、8、10、或12。
在第一可选实施方式中，第一相邻两层量子阱垒层中，偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度是奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度的2～4倍。
在第二可选实施方式中，各个量子阱垒层中量子阱的厚度是按层数逐渐增加的。
结合第二可选实施方式，第二相邻两层量子阱垒层中奇数层的量子阱垒层层数大于偶数层的量子阱垒层层数；第二相邻两层量子阱垒层中，奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度是偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度的1～2倍。
示例性地，层数为1的量子阱垒层中量子阱的厚度为0.1nm，层数为2的量子阱垒层中量子阱的厚度为0.2～0.4nm。
示例性地，多量子阱层的总厚度可以为130～160nm。
优选地，第一相邻两层量子阱垒层中，奇数层的量子阱垒层中量子阱的In浓度是偶数层的量子阱垒层中量子阱的In浓度的1～4倍。
示例性地，第一相邻两层量子阱垒层中，奇数层的量子阱垒层中量子阱的In浓度为1×1020/cm3～5×1020/cm3。
在本实施例中，电子阻挡层可以为掺Al、掺Mg的AlyGa1～yN(y＝0.15～0.25)，电子阻挡层的厚度可以为30～50nm。生长电子阻挡层时，反应室温度可以为930～970℃，反应室压力可以控制在100torr。
在本实施例中，P型层可以为高温高掺杂Mg的GaN层，其厚度可以为50～80nm。生长P型层时，反应室温度可以为940～980℃，反应室压力可以控制在200～600torr。
本发明实施例通过靠近N型层的量子阱垒层的层数为1；第一相邻两层量子阱垒层中奇数层的量子阱垒层层数小于偶数层的量子阱垒层层数；第一相邻两层量子阱垒层中，奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度小于或大于偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度；那么，量子阱的厚度是薄厚相间的；薄厚相间的量子阱会生产不同强度的极化效应，即厚度薄的量子阱的极化效应较小，厚度较厚的量子阱的极化效应相应较大，不同强度的极化效应会产生不同扭曲程度、以及不同方向的能带，而不在同一水平线方向上的能带会互相抵消掉，从而释放掉一部分极化效应，这样，增加了电子波函数和空穴波函数的重叠区域，提高了电子和空穴的复合效率。
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GaN基发光二极管外延片，其特征在于，所述外延片包括：衬底、以及依次在所述衬底上沉积的低温GaN层、高温GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、以及P型层；
所述多量子阱层包括n层层叠的量子阱垒层，各个所述量子阱垒层包括量子阱和沉积在所述量子阱上的量子垒，所述量子阱为InGaN量子阱，所述量子垒为GaN量子垒；各个所述量子垒的厚度是相同的；靠近所述N型层的量子阱垒层的层数为1；第一相邻两层量子阱垒层中奇数层的量子阱垒层层数小于偶数层的量子阱垒层层数；所述第一相邻两层量子阱垒层中，所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度小于或大于所述偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度；2≤n。
2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述第一相邻两层量子阱垒层中，所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度小于所述偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度，n为偶数。
3.根据权利要求2所述的外延片，其特征在于，n＝6、8、10、或12。
4.根据权利要求2所述的外延片，其特征在于，所述第一相邻两层量子阱垒层中，所述偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度是所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度的2～4倍。
5.根据权利要求4所述的外延片，其特征在于，各个所述量子阱垒层中量子阱的厚度是按层数逐渐增加的。
6.根据权利要求5所述的外延片，其特征在于，第二相邻两层量子阱垒层中奇数层的量子阱垒层层数大于偶数层的量子阱垒层层数；所述第二相邻两层量子阱垒层中，所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度是所述偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度的1～2倍。
7.根据权利要求6所述的外延片，其特征在于，层数为1的量子阱垒层中量子阱的厚度为0.1nm，层数为2的量子阱垒层中量子阱的厚度为0.2～0.4nm。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的外延片，其特征在于，所述第一相邻两层量子阱垒层中，所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的In浓度是所述偶数层的量子阱垒层中量子阱的In浓度的1～4倍。
9.根据权利要求8所述的外延片，其特征在于，
所述第一相邻两层量子阱垒层中，所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的In浓度为1×1020/cm3～5×1020/cm3。
10.一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供衬底，并对所述衬底进行预处理；
依次在所述衬底上沉积低温GaN层、高温GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、以及P型层；所述多量子阱层包括n层层叠的量子阱垒层，各个所述量子阱垒层包括量子阱和沉积在所述量子阱上的量子垒，所述量子阱为InGaN量子阱，所述量子垒为GaN量子垒；各个所述量子垒的厚度是相同的；靠近所述N型层的量子阱垒层的层数为1；第一相邻两层量子阱垒层中奇数层的量子阱垒层层数小于偶数层的量子阱垒层层数；所述第一相邻两层量子阱垒层中，所述奇数层的量子阱垒层中量子阱的厚度小于或大于所述偶数层的量子阱垒层中量子阱的厚度；2≤n。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811012178.2A CN109411577B (zh) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811012178.2A CN109411577B (zh) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109411577A true CN109411577A (zh) | 2019-03-01 |
| CN109411577B CN109411577B (zh) | 2020-08-18 |
Family
ID=65463724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811012178.2A Active CN109411577B (zh) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109411577B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111816737A (zh) * | 2020-09-02 | 2020-10-23 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaN基超辐射发光二极管的外延结构及其应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102822995A (zh) * | 2010-02-03 | 2012-12-12 | 克里公司 | 带具有变化的阱厚度的多量子阱结构的基于iii族氮化物的发光二极管结构 |
| CN105609601A (zh) * | 2016-02-23 | 2016-05-25 | 华灿光电股份有限公司 | 具有新型量子阱的发光二极管外延片及其制备方法 |
-
2018
- 2018-08-31 CN CN201811012178.2A patent/CN109411577B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102822995A (zh) * | 2010-02-03 | 2012-12-12 | 克里公司 | 带具有变化的阱厚度的多量子阱结构的基于iii族氮化物的发光二极管结构 |
| CN105609601A (zh) * | 2016-02-23 | 2016-05-25 | 华灿光电股份有限公司 | 具有新型量子阱的发光二极管外延片及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111816737A (zh) * | 2020-09-02 | 2020-10-23 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaN基超辐射发光二极管的外延结构及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109411577B (zh) | 2020-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108198921B (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN105679893B (zh) | 发光二极管外延片制作方法及发光二极管外延片 | |
| CN108461592B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN107195739B (zh) | 一种发光二极管及其制造方法 | |
| CN106057988A (zh) | 一种GaN基发光二极管的外延片的制备方法 | |
| CN106449915B (zh) | 一种发光二极管外延片的生长方法 | |
| CN106057996A (zh) | 一种发光二极管的外延片及其生长方法 | |
| CN109671814A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN109216519A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN106206866A (zh) | 一种发光二极管的制造方法及发光二极管 | |
| CN109545924A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN105098004A (zh) | 一种发光二极管外延片的生长方法及外延片 | |
| CN108717954B (zh) | 一种发光二极管外延片及其生长方法 | |
| CN109449264A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN109360873A (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN106876531B (zh) | 一种发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN110518096A (zh) | 发光二极管外延片的制备方法 | |
| CN108550676B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN113161453B (zh) | 发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN112366256B (zh) | 发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN109301041A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN108470808A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN108281519A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN109786522B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN109802022B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |