CN110416374A - 发光二极管外延片及其生长方法、发光二极管、显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了发光二极管外延片及其生长方法、发光二极管、显示装置，包括衬底、及依次层叠于所述衬底上表面的第一型导电层、有源层和第二型导电层，所述有源层包括n个依次堆叠的周期单元，所述周期单元包括量子垒层、量子阱层及设置在所述量子阱层的至少一表面的界面调节层；所述界面调节层包括Te掺杂的Ⅲ‑Ⅴ族化合物层。使所述界面调节层、量子阱层的金属原子与Te元素通过键合形成晶体结构，能够有效地钝化量子阱层表面、减少其表面缺陷，从而减小量子垒层与量子阱层之间的晶格失配。其次，能使所述量子阱层表面的宽度增加，使更多的载流子被俘获到量子阱层内，提升辐射复合效率，从提高发光二极管的亮度。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，更具体地说，涉及发光二极管外延片及其生长方法、发光二极管、显示装置。
背景技术
近年来发光二极管发展迅猛，与半导体光电技术、新照明光源技术的发展紧密相关。随着LED应用领域的不断扩展，人们对LED芯片的性能也提出了越来越高的要求，需要不断地提高LED发光功率。
随着大功率LED普遍应用，LED由于内在缺陷导致的发光效率降低和可靠性变弱，改善LED的外延晶体质量和设计新的芯片结构成为解决此问题的重要途径。目前主要通过改善外延晶体质量或采用更好的电流扩展材料来改善大电流下的内量子效率，采用更好的散热材料来提高LED的可靠性。但以上技术都是治标不治本，随着LED发光功率的应用需要再提高，采用更大工作电流下，内量子效率下降明显，以上技术会再次面临技术瓶颈。
为了解决上述问题，减弱在较大工作电流下的发光二极管的 Efficiency-Droop效应，且具有较高的可靠性，需要降低有源区的应力及提高有源区的晶体质量。
有鉴于此，本发明人专门设计了发光二极管外延片及其生长方法、发光二极管、显示装置，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供发光二极管外延片及其生长方法、发光二极管、显示装置，为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
发光二极管外延片，包括衬底、及依次层叠于所述衬底上表面的第一型导电层、有源层和第二型导电层，所述有源层包括n个依次堆叠的周期单元，所述周期单元包括量子垒层、量子阱层及设置在所述量子阱层的至少一表面的界面调节层；所述界面调节层包括Te掺杂的Ⅲ-Ⅴ族化合物层。
优选地，所述界面调节层包括Te掺杂的GaN、AlGaN或AlInGaN等材料层。
优选地，所述量子垒层包括Si掺杂的势垒层。
优选地，所述量子阱层包括非掺杂的势阱层。
优选地，所述量子阱层包括GaN、GaInN、AlGaN或AlInGaN等材料。
优选地，所述界面调节层的厚度小于2nm。
优选地，所述n为正整数，且1≤n≤20。
发光二极管，所述发光二极管包括上述任一项所述的发光二极管外延片。
显示装置，所述显示装置包括上述所示的发光二极管。
发光二极管外延片的生长方法，包括提供一衬底，在所述衬底的水平表面上依次第一型导电层、有源层和第二型导电层，所述有源层的生长包括如下步骤：
步骤S1、设置反应室内的温度，且在氢气作为载气的生长氛围下，生长量子垒层；
步骤S2、降低所述温度，且在氢气和氮气作为载气的生长氛围下，预通 Te元素；
步骤S3、持续降低所述温度，并通入Ⅲ族元素后，再通入Ⅴ族元素生长氮化物材料，形成一层界面调节层；
步骤S4、当所述温度达到量子阱层的生长温度后，停止生长界面调节层，且关闭氢气，使反应室采用氮气作为载气的生长氛围；
步骤S5、保持步骤S4所述的温度，生长量子阱层；
步骤S6、提高所述温度，且在氢气和氮气作为载气的生长氛围下，预通 Te元素；
步骤S7、持续提高所述温度，并通入Ⅲ族元素后，再通入Ⅴ族元素生长氮化物材料，形成另一层界面调节层；
步骤S8、当所述温度达到量子垒层的生长温度后，停止生长界面调节层，且关闭氮气，使反应室采用氢气作为载气的生长氛围；
步骤S9、重复执行步骤S1至S8的生长步骤n个周期。
优选地，所述步骤S2和步骤S6过程中，无Ⅲ族和/或Ⅴ族元素的进入。
优选地，所述步骤S3的持续降低所述温度包括线性降低温度。
优选地，所述步骤S7的持续提高所述温度包括线性提高温度。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的发光二极管外延片，包括衬底、及依次层叠于所述衬底上表面的第一型导电层、有源层和第二型导电层，所述有源层包括n个依次堆叠的周期单元，所述周期单元包括量子垒层、量子阱层及设置在所述量子阱层的至少一表面的界面调节层；所述界面调节层包括Te掺杂的Ⅲ-Ⅴ族化合物层。所述发光二极管外延片通过将Te掺杂的Ⅲ- Ⅴ族化合物层作为界面调节层，并包覆在所述量子阱层的至少一表面，使所述界面调节层、量子阱层的金属原子与Te元素通过键合形成晶体结构，能够有效地钝化量子阱层表面、减少其表面缺陷，从而减小量子垒层与量子阱层之间的晶格失配。
其次，通过将Te掺杂的Ⅲ-Ⅴ族化合物层作为界面调节层，并包覆在所述量子阱层的至少一表面，使所述量子阱层表面的宽度增加，使更多的载流子被俘获到量子阱层内，提升辐射复合效率，从提高发光二极管的亮度。
再次，由于Te元素的导电特性，使Te掺杂的Ⅲ-Ⅴ族化合物层并入后，量子阱层表面的宽度增加，会俘获更多的电子，从而降低大电流下电子泄露到P型区的几率，解决了大电流下的Efficiency-Droop效应，进而增强有源层的发光效率。
同时，本发明还提供发光二极管、显示装置，所述发光二极管、显示装置均采用所述发光二极管外延片，从而得到高发光效率的发光二极管、和高分辨率的LED显示装置。
本发明对应的提供了发光二极管外延片的生长方法，用于制作所述发光二极管外延片，在生长所述发光二极管外延片时，依次生长量子垒层、界面调节层、量子阱层及界面调节层，并在生长过程中进行主载气(氢气)与有机源载气(氮气)的切换，能有效增加组分的并入(尤其是In组分)；其次，步骤S2、S3：量子垒层生长完后，通过在较低温度及氢气、氮气氛围下，预通Te元素，再线性降低所述温度，并通入Ⅲ族元素后，再通入Ⅴ族元素生长氮化物材料，完成一层界面调节层的生长；步骤S6、S7：量子阱层生长完后，通过在低温及氢气、氮气氛围下，预通Te元素，再线性提高所述温度，并通入Ⅲ族元素后，再通入Ⅴ族元素生长氮化物材料，完成另一层界面调节层的生长；步骤S2、S3及步骤S6、S7通过线性调节温度，在完成Te掺杂的Ⅲ- Ⅴ族化合物的界面调节层的生长同时，还能有效避免高温对量子阱层的破坏，并提高空穴向有源层的注入。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的发光二极管外延片的结构示意图；
图2为本申请实施例所示的有源层的生长过程示意图；
图中符号说明：1、衬底，2、缓冲层，3、非故意掺杂层，4、第一型导电层，5、有源层，51、量子垒层，52、界面调节层，53、量子阱层，54、界面调节层，6、第二型导电层。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
发光二极管外延片，如图1所示，包括衬底1、及依次层叠于衬底1上表面的缓冲层2、非故意掺杂层3、第一型导电层4、有源层5和第二型导电层6，有源层5包括n个依次堆叠的周期单元，周期单元包括量子垒层51、量子阱层53及分别设置在量子阱层53的两个表面的界面调节层52和界面调节层54；界面调节层52和界面调节层54包括Te掺杂的Ⅲ-Ⅴ族化合物层。
界面调节层52和界面调节层54包括Te掺杂的GaN、AlGaN或AlInGaN 等材料层。
量子垒层51包括Si掺杂的势垒层。
量子阱层53包括非掺杂的势阱层。
量子阱层53包括GaN、GaInN、AlGaN或AlInGaN等材料。
界面调节层52和界面调节层54的厚度小于2nm。
n为正整数，且1≤n≤20。
发光二极管，发光二极管包括上述任一项的发光二极管外延片。
显示装置，显示装置包括上述所示的发光二极管。
本实施例对应提供了发光二极管外延片的生长方法，包括提供一衬底1，在衬底1的水平表面上依次生长缓冲层2、非故意掺杂层3、第一型导电层4、有源层5和第二型导电层6，如图2所示，有源层5的生长包括如下步骤：
步骤S1、设置反应室内的温度为1100℃，且在氢气作为载气的生长氛围下，生长量子垒层51；
步骤S2、降低温度，且在氢气和氮气作为载气的生长氛围下，预通Te 元素；
步骤S3、持续降低温度，并通入Ⅲ族元素后，再通入Ⅴ族元素生长氮化物材料，形成一层界面调节层52；
步骤S4、当温度达到量子阱层53的生长温度930℃后，停止生长界面调节层52，且关闭氢气，使反应室采用氮气作为载气的生长氛围；
步骤S5、保持步骤S4的温度，生长量子阱层53；
步骤S6、提高温度，且在氢气和氮气作为载气的生长氛围下，预通Te 元素；
步骤S7、持续提高温度，并通入Ⅲ族元素后，再通入Ⅴ族元素生长氮化物材料，形成另一层界面调节层54；
步骤S8、当温度达到量子垒层51的生长温度1100℃后，停止生长界面调节层54，且关闭氮气，使反应室采用氢气作为载气的生长氛围；
步骤S9、重复执行步骤S1至S8的生长步骤n个周期。
其中，步骤S2和步骤S6过程中，无Ⅲ族和/或Ⅴ族元素的进入。
其中，步骤S3的持续降低温度包括线性降低温度。
其中，步骤S7的持续提高温度包括线性提高温度。
在上述技术方案的基础上，在本申请的其他实施例中，界面调节层的数量可以为一层或多层，在此不做限定，只需要参照上述实施例进行适应性改变即可，本申请在此不做穷举。另外，量子垒层和量子阱层的生长温度和生长时间范围，在此不做具体限定，只要能实现量子垒层和量子阱层的生长即可。
经由上述的技术方案可知，本实施例提供的发光二极管外延片，包括衬底1、及依次层叠于衬底1上表面的缓冲层2、非故意掺杂层3、第一型导电层4、有源层5和第二型导电层6，有源层5包括n个依次堆叠的周期单元，周期单元包括量子垒层51、量子阱层53及分别设置在量子阱层53的两个表面的界面调节层52和界面调节层54；界面调节层52和界面调节层54包括 Te掺杂的Ⅲ-Ⅴ族化合物层。发光二极管外延片通过将Te掺杂的Ⅲ-Ⅴ族化合物层作为界面调节层52和界面调节层54，并分别包覆在量子阱层53的两个表面，使界面调节层52、界面调节层54、量子阱层53的金属原子与Te元素通过键合形成晶体结构，能够有效地钝化量子阱层53表面、减少其表面缺陷，从而减小量子垒层51与量子阱层53之间的晶格失配。
其次，通过将Te掺杂的Ⅲ-Ⅴ族化合物层作为界面调节层52和界面调节层54，并分别包覆在量子阱层53的两个表面，使量子阱层53表面的宽度增加，使更多的载流子被俘获到量子阱层53内，提升辐射复合效率，从提高发光二极管的亮度。
再次，由于Te元素的导电特性，使Te掺杂的Ⅲ-Ⅴ族化合物层并入后，量子阱层53表面的宽度增加，会俘获更多的电子，从而降低大电流下电子泄露到P型区的几率，解决了大电流下的Efficiency-Droop效应，进而增强有源层的发光效率。
同时，本实施例还提供发光二极管、显示装置，发光二极管、显示装置均采用发光二极管外延片，从而得到高发光效率的发光二极管、和高分辨率的LED显示装置。
本实施例对应的提供了发光二极管外延片的生长方法，用于制作发光二极管外延片，在生长发光二极管外延片时，依次生长量子垒层51、界面调节层52、量子阱层53及界面调节层54，并在生长过程中进行主载气(氢气) 与有机源载气(氮气)的切换，能有效增加组分的并入(尤其是In组分)；其次，步骤S2、S3：量子垒层51生长完后，通过在较低温度及氢气、氮气氛围下，预通Te元素，再线性降低温度，并通入Ⅲ族元素后，再通入Ⅴ族元素生长氮化物材料，完成一层界面调节层52的生长；步骤S6、S7：量子阱层53生长完后，通过在低温及氢气、氮气氛围下，预通Te元素，再线性提高温度，并通入Ⅲ族元素后，再通入Ⅴ族元素生长氮化物材料，完成另一层界面调节层54的生长；步骤S2、S3及步骤S6、S7在完成Te掺杂的Ⅲ-Ⅴ族化合物的界面调节层的生长同时，还能有效避免高温对量子阱层53的破坏，并提高空穴向有源层5的注入。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.发光二极管外延片，包括衬底、及依次层叠于所述衬底上表面的第一型导电层、有源层和第二型导电层，其特征在于，所述有源层包括n个依次堆叠的周期单元，所述周期单元包括量子垒层、量子阱层及设置在所述量子阱层的至少一表面的界面调节层；所述界面调节层包括Te掺杂的Ⅲ-Ⅴ族化合物层。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述量子垒层包括Si掺杂的势垒层。
3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述量子阱层包括非掺杂的势阱层。
4.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述界面调节层的厚度小于2nm。
5.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述n为正整数，且1≤n≤20。
6.发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括权利要求1-5任一项所述的发光二极管外延片。
7.显示装置，其特征在于，所述显示装置包括权利要求6所示的发光二极管。
8.发光二极管外延片的生长方法，包括提供一衬底，在所述衬底的水平表面上依次第一型导电层、有源层和第二型导电层，其特征在于，所述有源层的生长包括如下步骤：
步骤S1、设置反应室内的温度，且在氢气作为载气的生长氛围下，生长量子垒层；
步骤S2、降低所述温度，且在氢气和氮气作为载气的生长氛围下，预通Te元素；
步骤S3、持续降低所述温度，并通入Ⅲ族元素后，再通入Ⅴ族元素生长氮化物材料，形成一层界面调节层；
步骤S4、当所述温度达到量子阱层的生长温度后，停止生长界面调节层，且关闭氢气，使反应室采用氮气作为载气的生长氛围；
步骤S5、保持步骤S4所述的温度，生长量子阱层；
步骤S6、提高所述温度，且在氢气和氮气作为载气的生长氛围下，预通Te元素；
步骤S7、持续提高所述温度，并通入Ⅲ族元素后，再通入Ⅴ族元素生长氮化物材料，形成另一层界面调节层；
步骤S8、当所述温度达到量子垒层的生长温度后，停止生长界面调节层，且关闭氮气，使反应室采用氢气作为载气的生长氛围；
步骤S9、重复执行步骤S1至S8的生长步骤n个周期。
9.根据权利要求8所述的发光二极管外延片的生长方法，其特征在于，所述步骤S3的持续降低所述温度包括线性降低温度。
10.根据权利要求8所述的发光二极管外延片的生长方法，其特征在于，所述步骤S7的持续提高所述温度包括线性提高温度。
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