CN112687774A - 发光二极管外延片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了发光二极管外延片及其制备方法,属于发光二极管制作领域。在衬底与n型层之间增加了碲化钒层。由于碲化钒层内的原子之间通过共价键结合,碲化钒层的原子层状结构由Te‑V‑V‑Te沿着c轴方向排列组合而成,碲化钒层的原子层状结构之间主要通过范德瓦尔斯力结合。碲化钒层的这种特殊的原子层状结构使得碲化钒层与n型层之间也只是存在分子间范德华力。碲化钒层与n型层之间的结合不会非常紧密,可以便于n型层从碲化钒层的表面上剥离并进行转移,可以提高n型层从衬底上完整剥离的概率并降低n型层从衬底剥离的困难程度。
Description
技术领域
本公开涉及发光二极管制作领域,特别涉及发光二极管外延片及其制备方法。
背景技术
发光二极管是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源,正在被迅速广泛地得到应用,如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等,提高芯片发光效率是发光二极管不断追求的目标。
发光二极管外延片则是制备发光二极管的基础结构,发光二极管外延片通常包括衬底及在衬底上依次生长的n型层、发光层及p型层。发光二极管外延片制备完成之后,需要将n型层、发光层及p型层从衬底上剥离并转移至所需要应用的显示设备的底板上,但外延片的n型层与衬底之间的剥离较为困难且容易出现n型层剥离不完整的情况。
发明内容
本公开实施例提供了发光二极管外延片及其制备方法,可以提高n型层从衬底上完整剥离的概率并降低n型层从衬底剥离的困难程度。所述技术方案如下:
本公开实施例提供了一种发光二极管外延片制备方法,所述发光二极管外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的碲化钒层、n型层、发光层与p型层。
可选地,所述碲化钒层的厚度为30~100nm。
本公开实施例提供了一种发光二极管外延片制备方法,所述发光二极管外延片制备方法包括:
提供一衬底;
在所述衬底上生长碲化钒层;
在所述碲化钒层上依次生长n型层、发光层与p型层。
可选地,所述碲化钒层的生长温度为500℃~700℃。
可选地,所述碲化钒层的生长压力为10~900mbar。
可选地,所述在所述衬底上生长碲化钒层,包括:
向反应腔内通入1~1000g的Te源和1~1000g的VCl3源,在所述衬底上生长所述碲化钒层。
可选地,在生长所述碲化钒层的过程中,向所述反应腔内通入氩气。
可选地,向所述反应腔内通入的氩气的流量为60~100sccm。
可选地,所述n型层为n型GaN层,所述发光二极管外延片制备方法还包括:
在生长所述碲化钒层后,生长所述n型层之前,
停止向反应腔内通入有机金属源,并在600~1000℃的温度下向反应腔内持续通入氨气,直至所述碲化钒层的表面层铺一层氮原子。
可选地,生长完所述碲化钒层之后,生长所述n型层之前,在氩气氛围下对所述碲化钒层进行退火处理。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果包括:
在衬底与n型层之间增加了碲化钒层。由于碲化钒层内的原子之间通过共价键结合,碲化钒层的原子层状结构由Te-V-V-Te沿着c轴方向排列组合而成,碲化钒层的原子层状结构之间主要通过范德瓦尔斯力结合。碲化钒层的这种特殊的原子层状结构使得碲化钒层与n型层之间也只是存在分子间范德华力。碲化钒层与n型层之间的结合不会非常紧密,可以便于n型层从碲化钒层的表面上剥离并进行转移,可以提高n型层从衬底上完整剥离的概率并降低n型层从衬底剥离的困难程度。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例,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是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图;
图2是本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片的结构示意图;
图3是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片制备方法流程图;
图4是本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片制备方法流程图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样,“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制,而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同,并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则所述相对位置关系也可能相应地改变。
图1是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图,参考图1 可知,本公开实施例提供了一种发光二极管外延片,该发光二极管外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的碲化钒层2、n型层3、发光层4与p型层5。
在衬底1与n型层3之间增加了碲化钒层2。由于碲化钒层2内的原子之间通过共价键结合,碲化钒层2的原子层状结构由Te-V-V-Te沿着c轴方向排列组合而成,碲化钒层2的原子层状结构之间主要通过范德瓦尔斯力结合。碲化钒层2的这种特殊的原子层状结构使得碲化钒层2与n型层3之间也只是存在分子间范德华力。碲化钒层2与n型层3之间的结合不会非常紧密,可以便于n 型层3从碲化钒层2的表面上剥离并进行转移,可以提高n型层3从衬底1上完整剥离的概率并降低n型层3从衬底1剥离的困难程度。
可选地,碲化钒层2的厚度为30~100nm。
碲化钒层2的厚度在以上范围内时,碲化钒层2本身的质量较好,碲化钒层2可以起到良好的过渡作用,作为n型层3的生长基础保证n型层3的良好生长。
在本公开所提供的其他实现方式中,碲化钒层2的厚度也可为1~100nm。能够适应大部分材料的n型层3的生长。
图2是本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片的结构示意图,参考图2可知,在本公开提供的另一种实现方式中,发光二极管外延片可包括衬底1 及生长在衬底1上的碲化钒层2缓冲层6、非掺杂GaN层7、n型层3、发光层 4、电子阻挡层8、p型层5及p型接触层9。
需要说明的是,图2中所示的碲化钒层2的结构与图1中所示的碲化钒层2 的结构相同,此处不再赘述。
可选地,衬底1可为蓝宝石衬底。易于制作与获取。
在本公开所提供的其他实现方式中,衬底1也可为氮化镓、蓝宝石、SiC、 Si、AlN、SiO2或金刚石中的一种,本公开对此不做限制。
示例性地,缓冲层6可为GaN成核层。能够保证在GaN成核层上生长的外延薄膜的晶体质量。
可选地,缓冲层6的厚度可为10~30nm。能够减小n型GaN层与衬底1之间的晶格失配,保证外延层的生长质量。
示例性地,非掺杂GaN层7的厚度可为1~5μm。此时得到的发光二极管外延片的质量较好。
可选地,n型层3可为n型GaN层,n型GaN层的掺杂元素可为Si,且Si 元素的掺杂浓度可为1×1018~1×1019cm-3。n型GaN层整体的质量较好。
示例性地,n型GaN层的厚度可为1~5μm。得到的n型GaN层整体的质量较好。
在本公开提供的一种实现方式中,n型GaN层的厚度可为2μm。本公开对此不做限制。
示例性地,发光层4包括交替层叠的InGaN阱层41与GaN垒层42。便于实现发光二极管外延片的正常发光。
可选地,InGaN阱层41的厚度为2~3nm,GaN垒层42的厚度为9~20nm。能够保证发光层本身的质量。
可选地,电子阻挡层8可为掺Mg的AlyGa1-yN层,其中y的范围在0.15~0.25 内。阻挡电子的效果较好。
示例性地,电子阻挡层8的厚度可为30~50nm。外延层2整体的质量较好。
可选地,p型层5可为p型GaN层,p型GaN层可掺Mg,p型GaN层的厚度可为50~80nm。得到的p型GaN层整体的质量较好。
示例性地,p型接触层9的厚度可为15nm。
需要说明的是,图2中所示的外延片结构相对图1中所示的外延片结构,在碲化钒层2与n型层3之间增加了缓解晶格失配的缓冲层6与非掺杂GaN层 7,并在发光层4与p型GaN层之间增加了阻挡电子从发光层4中溢流进p型GaN层中的电子阻挡层8。p型GaN层上还生长有p型接触层9。得到的外延片的质量及发光效率会更好。
图3是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片制备方法流程图,如图3 所示,该发光二极管外延片制备方法包括:
S101:提供一衬底。
S102:在衬底上生长碲化钒层。
S103:在碲化钒层上生长n型层。
S104:在n型层上生长发光层。
S105:在发光层上生长p型层。
在衬底与n型层之间增加了碲化钒层。由于碲化钒层内的原子之间通过共价键结合,碲化钒层的原子层状结构由Te-V-V-Te沿着c轴方向排列组合而成,碲化钒层的原子层状结构之间主要通过范德瓦尔斯力结合。碲化钒层的这种特殊的原子层状结构使得碲化钒层与n型层之间也只是存在分子间范德华力。碲化钒层与n型层之间的结合不会非常紧密,可以便于n型层从碲化钒层的表面上剥离并进行转移,可以提高n型层从衬底上完整剥离的概率并降低n型层从衬底剥离的困难程度。
示例性地,步骤S102中,碲化钒层可通过化学气相沉积设备制备得到。
碲化钒层通过化学气相沉积设备制备得到,能够保证碲化钒本身的生长质量,避免得到的碲化钒层本身质量较差而影响到碲化钒层上生长的n型层的晶体质量。
可选地,碲化钒层的生长厚度可为30~100nm。能够实现从衬底到n型层的良好过渡。
在本公开所提供的其他实现方式中,碲化钒层的厚度也可为1~100nm。本公开对此不做限制。
可选地,碲化钒层的生长温度为500℃~700℃。
碲化钒层的生长温度在以上范围内时,得到的碲化钒层本身的晶体质量较好,可以良好过渡至n型层。保证最终得到的外延片的质量。
在本公开所提供的另一种实现方式中,碲化钒层的生长温度也可为600℃。能够进一步提高最终得到的碲化钒层的晶体质量。
示例性地,碲化钒层的生长压力为10~900mbar。
碲化钒层的生长压力在以上范围内时,得到的碲化钒层本身的晶体质量较好,可以良好过渡至n型层。保证最终得到的外延片的质量。
示例性地,碲化钒层的生长时间可为1~100min。
碲化钒层的生长时间在以上范围内,能够得到厚度相对较为合理且适用性较广的碲化钒层。
可选地,步骤S102还包括:
向反应腔内通入1~1000g的Te源和1~1000g的VCl3源,在衬底上生长碲化钒层。
向反应腔内通入以上范围内的Te源与VCl3源,能够保证碲化钒层生长速率较为稳定,得到的碲化钒层的晶体质量也较好。
需要说明的是,在生长碲化钒层时,Te源和VCl3源是同步通入反应腔内的。
示例性地,在向反应腔内同时通入Te源和VCl3源之前,可以先向反应腔内持续通入且仅通入Te源,直至在衬底的表面层铺一层Te原子。
向反应腔内同时通入Te源和VCl3源之前,先向反应腔内持续通入Te源,直至在衬底的表面层铺一层Te原子,Te原子可以伸入衬底中,并保证后续碲化钒层生长时,以较为平整的Te原子构成的平面作为基础进行生长,最终得到的碲化钒层的表面较为平整,在碲化钒层上生长的n型层等结构的表面也较为平整。
示例性地,仅通入Te源时,Te源的通入时长可为1~100s,Te源的质量可为1~10g。
单独通入Te源时,Te源的通入时长与通入时间在以上范围内,可以保证 Te原子有足够的时间在衬底的表面层铺,保证碲化钒层的稳定生长。
示例性地,仅通入Te源时,反应腔内的温度可为400~600℃。
单独通入Te源时,反应腔的温度在以上范围内,可以保证Te原子与衬底相互作用的效果较好,可以伸入衬底内,并作为碲化钒层生长的良好基础。
示例性地,在生长碲化钒层的过程中,向反应腔内通入氩气。
氩气可以作为保护气,起到隔绝其他气体的效果,保证最终得到的碲化钒层的晶体质量。
可选地,向反应腔内通入的氩气的流量为60~100sccm。
向反应腔内通入的氩气的流量在以上范围内时,最终得到的碲化钒层的晶体质量较好。
可选地,生长完碲化钒层之后,生长n型层之前,在氩气氛围下对碲化钒层进行退火处理。
对碲化钒层进行退火处理,可以一定程度上释放碲化钒层内部的应力,提高碲化钒层的晶体质量与表面质量,提高最终得到的碲化钒层及碲化钒层上生长的n型层的质量。
示例性地,碲化钒层的退火温度可为200~400℃,退火时长可为1~10min,退火压力可为600~800帕。
碲化钒层的退火条件在以上范围内时,可以较大程度地提高碲化钒层的质量。
可选地,碲化钒层在氩气氛围下退火。
碲化钒层在氩气氛围下退火可以起到改善晶体质量的作用。
执行完步骤S105之后的发光二极管的外延片结构可参考图1。
图4是本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片制备方法流程图,如图4所示,该发光二极管外延片制备方法包括:
S201:提供一衬底。
其中,衬底可为蓝宝石衬底。易于实现与制作。
在本公开所提供的其他实现方式中,衬底也可为氮化镓、SiC、Si、AlN、 SiO2或金刚石中的一种。本公开对此不做限制。
可选地,步骤S201还可包括:在氢气气氛下,处理衬底用于生长外延层的表面5~6min。
示例性地,处理衬底用于生长外延层的表面时,反应腔的温度可为 1000~1100℃,反应腔的压力可为200~500torr。
S202:在衬底上生长缓冲层。
缓冲层可为GaN成核层。
示例性地,GaN成核层的生长温度可为1000~1100℃,生长压力可为 100~500Torr,生长时长可为1~20min。得到的GaN成核层的质量较好。
S203:在缓冲层上生长非掺杂GaN层。
非掺杂GaN层的厚度可为1~5μm。
示例性地,非掺杂GaN层的生长温度可为1000~1100℃,生长压力控制在 100~500torr。得到的非掺杂GaN层的质量较好。
S204:在非掺杂GaN层上生长n型层。
可选地,n型层可为n型GaN层,n型GaN层的生长温度可为1000~1200℃, n型GaN层的生长压力可为100~500Torr。n型GaN层中Si的掺杂浓度为1×1018~ 1×1019cm-3,得到的n型GaN层的质量较好。
示例性地,n型GaN层的厚度可为1~5μm。
可选地,n型层为n型GaN层时,在生长碲化钒层后,生长n型层前,停止向反应腔内通入有机金属源,并在600~1000℃的温度下向反应腔内持续通入氨气,直至碲化钒层的表面层铺一层氮原子。
在上一段中的温度条件下,反应腔内的原子较为活跃,部分氮原子可以渗入碲化钒层表面,最后碲化钒层的表面先层铺一层氮原子,可以在碲化钒层的表面上形成氮性表面,具有氮原子的n型GaN层可以在碲化钒层的表面更容易沉积,减小n型GaN层的成型时间。
可选地,在1000~1200℃的温度下向反应腔内持续通入氨气的时长为 1~50min。能够得到质量较好的n型GaN层。
S205:在n型GaN层上生长发光层。
发光层包括交替层叠的InGaN阱层与GaN垒层,InGaN阱层的厚度可为 2~3nm,GaN垒层的厚度可为9~20nm。
可选地,发光层中,InGaN阱层的生长温度为720~829℃,GaN垒层的生长温度为850~959℃。InGaN阱层与GaN垒层的生长压力均可为100~500Torr。在此条件下生长得到的发光层的质量较好,能够保证发光二极管的发光效率。
示例性地,InGaN阱层的层数与GaN垒层的层数均可5~11。
S206:在发光层上生长电子阻挡层。
可选地,电子阻挡层可为掺Mg的AlyGa1-yN层,其中y的范围在0.1~0.5 内。阻挡电子的效果较好。
电子阻挡层的生长厚度可为20~100nm。
电子阻挡层的生长温度可为200~1000℃,电子阻挡层的生长压力可为 50~500Torr。在此条件下生长得到的电子阻挡层的质量较好,有利于提高发光二极管的发光效率。
S207:在电子阻挡层上生长p型层。
可选地,p型层为p型GaN层,p型GaN层的生长压力可为100~300Torr, p型GaN层的生长温度可为600~1000℃。
p型GaN层的厚度可为100~800nm。
S208:在p型层上生长p型接触层。
可选地,p型接触层的生长压力可为100~300Torr,p型接触层的生长温度可为850~1050℃。
p型接触层的厚度可为5~300nm。
需要说明的是,图4中所示的发光二极管外延片制备方法,相对图3中所示的发光二极管外延片制备方法,提供了一种更为详细的发光二极管外延片制备方法。
执行完步骤S208后的发光二极管外延片的结构可参见图2。
需要说明的是,在本公开实施例中,采用VeecoK465iorC4orRBMOCVD (MetalOrganicChemicalVaporDeposition,金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现LED的生长方法。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,硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂,三甲基铝(TMAl)作为铝源,二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂。
以上所述,并非对本公开作任何形式上的限制,虽然本公开已通过实施例揭露如上,然而并非用以限定本公开,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本公开技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本公开技术方案的内容,依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本公开技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种发光二极管外延片,其特征在于,所述发光二极管外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的碲化钒层、n型层、发光层与p型层。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片,其特征在于,所述碲化钒层的厚度为30~100nm。
3.一种发光二极管外延片制备方法,其特征在于,所述发光二极管制备方法包括:
提供一衬底;
在所述衬底上生长碲化钒层;
在所述碲化钒层上依次生长n型层、发光层与p型层。
4.根据权利要求3所述的发光二极管外延片制备方法,其特征在于,所述碲化钒层的生长温度为500℃~700℃。
5.根据权利要求4所述的发光二极管外延片制备方法,其特征在于,所述碲化钒层的生长压力为10~900mbar。
6.根据权利要求3~5任一项所述的发光二极管外延片制备方法,其特征在于,所述在所述衬底上生长碲化钒层,包括:
向反应腔内通入1~1000g的Te源和1~1000g的VCl3源,在所述衬底上生长所述碲化钒层。
7.根据权利要求6所述的发光二极管外延片制备方法,其特征在于,在生长所述碲化钒层的过程中,向所述反应腔内通入氩气。
8.根据权利要求6所述的发光二极管外延片制备方法,其特征在于,向所述反应腔内通入的氩气的流量为60~100sccm。
9.根据权利要求3~5任一项所述的发光二极管外延片制备方法,所述n型层为n型GaN层,其特征在于,所述发光二极管外延片制备方法还包括:
在生长所述碲化钒层后,生长所述n型层之前,
停止向反应腔内通入有机金属源,并在600~1000℃的温度下向反应腔内持续通入氨气,直至所述碲化钒层的表面层铺一层氮原子。
10.根据权利要求3~5任一项所述的发光二极管外延片制备方法,其特征在于,生长完所述碲化钒层之后,生长所述n型层之前,在氩气氛围下对所述碲化钒层进行退火处理。
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GR01 | Patent grant | ||
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