CN115986022A - 深紫外led外延片及其制备方法、深紫外led - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深紫外LED外延片及其制备方法、深紫外LED，涉及半导体光电器件领域。其中，深紫外LED外延片包括衬底，依次层叠于衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；所述缓冲层包括依次层叠于所述衬底上的WS2薄膜层、AlxGa1‑xN层、第一AlN层和第二AlN层；其中，x为0.3‑0.6，所述第一AlN层的生长温度大于所述第二AlN层的生长温度，第一AlN层中Al组分的占比大于所述第二AlN层中Al组分的占比。实施本发明，可提升深紫外LED外延片的成品率以及其发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种深紫外LED外延片及其制备方法、深紫外LED。
背景技术
深紫外LED是指发光波长短于300nm的发光二极管。现有的深紫外LED一般是AlGaN基半导体材料，为了实现深紫外效果，往往需要提升AlGaN基材料中Al的含量。但提高AlGaN基材料中Al组分的含量后，往往会导致外延层材料与衬底之间的应力过大，导致外延层开裂，平整度降低，这极大地制约了AlGaN基深紫外LED的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，其可提升深紫外LED的成品率和发光效率。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种深紫外LED，其发光效率高。
为了解决上述问题，本发明公开了一种深紫外LED外延片，其包括衬底，依次层叠于衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；所述缓冲层包括依次层叠于所述衬底上的WS2薄膜层、AlxGa1-xN层、第一AlN层和第二AlN层；
其中，x为0.2-0.4，所述第一AlN层的生长温度大于所述第二AlN层的生长温度，第一AlN层中Al组分的占比大于所述第二AlN层中Al组分的占比。
作为上述技术方案的改进，所述WS2薄膜层的厚度为0.3nm-5nm，所述AlxGa1-xN层的厚度为1nm-5nm，所述第一AlN层的厚度为10nm-50nm，所述第二AlN层的厚度为20nm-50nm；
所述第一AlN层中Al组分的占比为0.5-0.7，所述第二AlN层中Al组分的占比为0.3-0.5。
作为上述技术方案的改进，所述第一AlN层、第二AlN层通过MOCVD法生长；
所述第一AlN层的生长温度为1200℃-1300℃，生长压力为200torr-500torr，V/Ⅲ为2000-3000；
所述第二AlN层的生长温度为900℃-1100℃，生长压力为50torr-100torr，V/Ⅲ为400-800。
作为上述技术方案的改进，所述WS2薄膜层生长完成后，在950℃-1000℃、H2S气氛下退火10min-20min。
作为上述技术方案的改进，所述缓冲层还包括超晶格层，其设于所述第二AlN层上；
所述超晶格层为周期性结构，其周期数为2-10，每个周期均包括依次层叠的AlyGa1-yN层和AlInGaN层；y为0.5-0.8，且y＞x。
作为上述技术方案的改进，所述AlyGa1-yN层的厚度为0.5nm-2nm，所述AlInGaN层的厚度为1nm-3nm；
所述AlInGaN层中Al组分占比为0.6-0.9，In组分占比为0.05-0.3。
相应的，本发明还公开了一种深紫外LED外延片的制备方法，用于制备上述的深紫外LED外延片，其包括：
提供衬底，在所述衬底上依次形成缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；所述缓冲层包括依次层叠于所述衬底上的WS2薄膜层、AlxGa1-xN层、第一AlN层和第二AlN层；
其中，x为0.2-0.4，所述第一AlN层的生长温度大于所述第二AlN层的生长温度，第一AlN层中Al组分的占比大于所述第二AlN层中Al组分的占比。
作为上述技术方案的改进，所述WS2薄膜层采用MOCVD法生长，生长时采用的W源为W(CO)6，S源为H2S，载气为H2，生长温度为850℃-950℃，生长压力为200torr-300torr；
所述AlxGa1-xN层采用MOCVD法生长，生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为50torr-200torr。
作为上述技术方案的改进，所述缓冲层还包括超晶格层，其设于所述第二AlN层上；所述超晶格层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的AlyGa1-yN层和AlInGaN层；
所述AlyGa1-yN层和AlInGaN层均通过MOCVD法生长，所述AlyGa1-yN层的生长温度为1100℃-1300℃，生长压力为200torr-500torr；
所述AlInGaN层的生长温度为950℃-1100℃，生长压力为100torr-300torr。
相应的，本发明还公开了一种深紫外LED，其包括上述的深紫外LED外延片。
实施本发明，具有如下有益效果：
1. 本发明的深紫外LED外延片中，缓冲层包括依次层叠于衬底上的WS2薄膜层、AlxGa1-xN层、第一AlN层和第二AlN层。其中，WS2薄膜层中的WS2晶体通过弱范德瓦尔斯力叠加，可有效地缓冲应力失配。AlxGa1-xN层中引入了一定含量的Ga，其粘滞系数比Al低，迁移率高，再辅以WS2薄膜层，可大幅减少晶格扭折和台阶，形成平坦的表面，降低外延层的粗糙度。第一AlN层的生长温度较高，铝组分含量较高，缓冲作用强，但其易形成三维结构；而生长温度较低、低铝组分的第二AlN层则更多呈平面生长，维持了缓冲层的表面平整度，降低了晶界密度，为后期高铝组分的N型AlGaN层（Al组分占比≥0.4）、多量子阱层和P型AlGaN层（Al组分占比≥0.4）提供了良好的基础，防止了高铝组分外延层产生裂纹，提升了深紫外LED外延片的成品率和发光效率。
2. 本发明的WS2薄膜层生长完成后，在950℃-1000℃、H2S气氛下退火10min-20min，基于这种退火处理，可促进WS2薄膜横向分布，进一步提升表面平整度。
3. 本发明的深紫外LED外延片中，缓冲层还包括由AlyGa1-yN层和AlInGaN层组成的超晶格层。该超晶格层可进一步降低应力失配，减少位错的延伸，进一步提升后续外延层中Al组分的占比，减少量子阱区的极化效应，提升发光效率。
附图说明
图1是本发明一实施例中深紫外LED外延片的结构示意图；
图2是本发明一实施例中缓冲层的结构示意图；
图3是本发明另一实施例中缓冲层的结构示意图；
图4是本发明一实施例中深紫外LED外延片的制备方法流程图。
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，下面对本发明作进一步地详细描述。
参考图1和图2，本发明公开了一种深紫外LED外延片，其包括衬底1，依次层叠于衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N型AlGaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型AlGaN层7和P型接触层8。其中，缓冲层2包括依次层叠于衬底1上的WS2薄膜层21、AlxGa1-xN层22、第一AlN层23和第二AlN层24。第一AlN层23的生长温度大于第二AlN层24的生长温度，第一AlN层23中Al组分的占比大于第二AlN层24中Al组分的占比。其中，WS2薄膜层21中的WS2晶体通过弱范德瓦尔斯力叠加，可有效地缓冲应力失配。AlxGa1-xN层22中引入了一定含量的Ga，其粘滞系数比Al低，迁移率高，再辅以WS2薄膜层21，可大幅降低晶格扭折和台阶，形成平坦的表面，降低外延层的粗糙度。第一AlN层23的生长温度较高，铝组分含量较高，缓冲作用强，但其易形成三维结构；生长温度较低、低铝组分的第二AlN层24则更多呈平面生长，维持了缓冲层的表面平整度，降低了晶界密度，为后期高铝组分的N型AlGaN层（Al组分占比≥0.4）、多量子阱层和P型AlGaN层（Al组分占比≥0.4）提供了良好的基础，防止了高铝组分外延层产生裂纹，提升了深紫外LED外延片的成品率和发光效率。
其中，WS2薄膜层21的厚度为0.1-10nm，当其厚度＜0.1nm时，难以有效缓冲应力失配；当其厚度＞10nm时，光提取效率下降，发光效率下降。示例性的，WS2薄膜层21的厚度为0.5nm、0.8nm、1.2nm、3nm、3.8nm、5nm、7nm、8.8nm或9.5nm，但不限于此。优选的为0.3nm-5nm。
优选的，在本发明的一个实施例之中，WS2薄膜层21生长完成后，在950℃-1000℃、H2S气氛下退火10min-20min。基于这种退火处理，可促进WS2薄膜横向分布，进一步提升表面平整度。
其中，AlxGa1-xN层22中Al组分占比（即x）较低，为0.2-0.4。示例性的为0.22、0.26、0.3、0.34或0.38，但不限于此。AlxGa1-xN层22的厚度为0.5nm-8nm，示例性的为0.8nm、1.5nm、2nm、3nm、4nm或6nm，但不限于此。优选的，AlxGa1-xN层22的厚度为1nm-5nm。
其中，第一AlN层23的生长温度为1200℃-1300℃，生长压力为200torr-500torr，V/Ⅲ为2000-3000。采用这种条件生长的第一AlN层23的晶体质量较高，可以有效地缓解热失配、应力失配，有效解决高铝组分AlGaN基外延层的裂纹问题。第一AlN层23中Al组分占比为0.5-0.7，示例性的为0.54、0.58、0.62或0.66，但不限于此。第一AlN层23的厚度为10nm-50nm，示例性的为12nm、14nm、20nm、25nm、32nm、40nm或45nm，但不限于此。
其中，第二AlN层24的生长温度为900℃-1100℃，生长压力为50torr-100torr，V/Ⅲ为400-800，其Al组分占比为0.3-0.5。低温、低压、低V/Ⅲ使得第二AlN层24倾向于平面生长，有效填平第一AlN层23形成的台阶。其中，第二AlN层24的厚度为20nm-50nm，示例性的为22nm、25nm、28nm、31nm、38nm、40nm或45nm，但不限于此。
优选的，参考图3，在本发明的一个实施例之中，缓冲层2还包括超晶格层25，其层叠于第二AlN层24上；超晶格层25为周期性结构，其周期数为2-10，每个周期均包括依次层叠的AlyGa1-yN层（y=0.5-0.8）251和AlInGaN层252；y为0.5-0.8。基于这种结构，可进一步降低应力失配，减少位错的延伸，进一步提升后续外延层中Al组分的占比（≥0.5），减少量子阱区的极化效应，提升发光效率。
其中，AlyGa1-yN层251的厚度为0.5nm-2nm，示例性的为0.8nm、1nm、1.3nm、1.6nm或1.9nm，但不限于此。AlInGaN层252中Al组分占比为0.6-0.9，示例性的为0.65、0.7、0.75、0.8或0.85，AlInGaN层252中In组分占比为0.05-0.3，示例性的为0.1、0.15、0.2或0.25，但不限于此。AlInGaN层252的厚度为1nm-3nm，示例性的为1.3nm、1.6nm、2.1nm、2.4nm或2.7nm，但不限于此。
其中，衬底1为蓝宝石衬底、硅衬底、Ga2O3衬底、SiC衬底或ZnO衬底，但不限于此。优选的为蓝宝石衬底。
其中，非掺杂AlGaN层3的厚度为0.3-1.5μm，示例性的为0.5μm、0.8μm、1.1μm、1.2μm或1.3μm，但不限于此。
其中，N型AlGaN层4中Al组分占比为0.4-0.65，示例性的为0.44、0.45、0.5、0.52、0.57或0.63，但不限于此。优选的，N型AlGaN层4中Al组分占比为0.5-0.65，通过在缓冲层2的结构中引入超晶格层25后，可进一步将N型AlGaN层4中的Al组分提升，且不产生明显缺陷。其中，N型AlGaN层4中的N型掺杂元素为Si，但不限于此。N型AlGaN层4中Si的掺杂浓度为5×1018cm-3-1×1020cm-3，示例性的为6.5×1018cm-3、8×1018cm-3、1.5×1019cm-3、5.4×1019cm-3或8.5×1019cm-3，但不限于此。具体的，N型AlGaN层4的厚度为1μm-3μm，示例性的为1.2μm、1.6μm、2.1μm、2.4μm或2.6μm，但不限于此。
其中，多量子阱层5为多个AlαGa1-αN量子阱层（α=0.4-0.6）和AlβGa1-βN量子垒层（β=0.5-0.8）交替堆叠形成的周期性结构，其周期数为3-15。其中，单个AlαGa1-αN量子阱层的厚度为2nm-5nm，单个AlβGa1-βN量子垒层的厚度为5nm-15nm。
其中，电子阻挡层6为AlγGa1-γN层（γ=0.55-0.8），但不限于此。具体的，电子阻挡层6的厚度为20nm-100nm，示例性的为25nm、35nm、40nm、55nm、70nm、85nm或97nm，但不限于此。
其中，P型AlGaN层7中Al组分占比为0.4-0.65，示例性的为0.44、0.45、0.5、0.52、0.57或0.63，但不限于此。优选的，P型AlGaN层7中Al组分占比为0.5-0.65，通过在缓冲层2的结构中引入超晶格层25后，可进一步将P型AlGaN层7中的Al组分提升，且不产生明显缺陷。其中，P型AlGaN层7中的P型掺杂元素为Mg，但不限于此。P型AlGaN层7中Mg的掺杂浓度为1×1019cm-3-5×1020cm-3，示例性的为2.5×1019cm-3、4.5×1019cm-3、6×1019cm-3、8×1019cm-3或3×1020cm-3，但不限于此。具体的，P型AlGaN层7的厚度为200nm-500nm，示例性的为230nm、280nm、330nm、350nm、400nm或440nm，但不限于此。
其中，P型接触层8为高掺杂P-AlGaN层，其掺杂元素为Mg，但不限于此。P型接触层8的掺杂浓度为8×1019cm-3-1×1021cm-3，示例性的为9×1019cm-3、4.5×1019cm-3、2×1020cm-3、6×1020cm-3或8×1020cm-3，但不限于此。具体的，P型接触层8的厚度为10nm-50nm，示例性的为12nm、18nm、24nm、35nm、40nm或44nm，但不限于此。
相应的，参考图4，本发明还公开了一种深紫外LED外延片的制备方法，用于制备上述的深紫外LED外延片，其包括以下步骤：
S1：提供衬底；
S2：在衬底上依次生长缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；
具体的，步骤S2包括：
S21：在衬底正面生长缓冲层；
具体的，S21包括：
S211：在衬底上生长WS2薄膜层；
其中，可通过MOCVD法或PVT法生长WS2薄膜层，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长WS2薄膜层，其生长温度为850℃-950℃，生长压力为200torr-300torr。生长时所采用的W源为W(CO)6，S源为H2S，载气为H2。
优选的，在本发明的一个实施例之中，当WS2薄膜层生长完成后，将其在950℃-1000℃、H2S气氛下退火10min-20min。
S212：在WS2薄膜层上生长AlxGa1-xN层；
其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD法生长AlxGa1-xN层，其生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为50torr-200torr。
S213：在AlxGa1-xN层上生长第一AlN层；
其中，可通过PVD法生长第一AlN层，也可通过MOCVD法生长第一AlN层，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD法生长第一AlN层，其生长温度为1200℃-1300℃，生长压力为200torr-500torr，V/Ⅲ为2000-3000。
S214：在第一AlN层上生长第二AlN层；
其中，可通过PVD法生长第二AlN层，也可通过MOCVD法生长第二AlN层，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD法生长第二AlN层，其生长温度为900℃-1100℃，生长压力为50torr-100torr，V/Ⅲ为400-800。
优选的，在本发明的一个实施例之中，S21还包括：
S215：在第二AlN层上生长超晶格层；
具体的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD法周期性生长AlyGa1-yN层和AlInGaN层，作为超晶格层。其中，AlyGa1-yN层的生长温度为1100℃-1300℃，生长压力为200torr-500torr；AlInGaN层的生长温度为950℃-1100℃，生长压力为100torr-300torr。
S22：在缓冲层上生长非掺杂AlGAN层；
其中，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD法生长非掺杂AlGaN层，其生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为100torr-500torr。
S23：在非掺杂AlGaN层上生长N型AlGaN层；
其中，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD法生长N型AlGaN层，其生长温度为1100℃-1300℃，生长压力为300torr-500torr，通过较高的压力和生长温度，可加强Al的扩散。
S24：在N型AlGaN层上生长多量子阱层；
其中，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD法周期性生长多个AlαGa1-αN量子阱层和AlβGa1-βN量子垒层，即得到多量子阱层。其中，AlαGa1-αN量子阱层的生长温度为850℃-950℃，生长压力为50torr-300torr。AlβGa1-βN量子垒层的生长温度为1050℃-1150℃，生长压力为50torr-300torr。
S25：在多量子阱层上生长电子阻挡层；
其中，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD法生长电子阻挡层，生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为100torr-300torr。
S26：在电子阻挡层上生长P型AlGaN层；
其中，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD法生长P型AlGaN层，生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为300torr-500torr。通过较高的压力和生长温度，可加强Al的扩散。
S27：在P型AlGaN层上生长P型接触层；
其中，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD法生长P型接触层，生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为100torr-400torr。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
参考图1、图2，本实施例提供一种深紫外LED外延片，其包括衬底1、缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N型AlGaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型AlGaN层7和P型接触层8。
其中，衬底1为蓝宝石衬底。
其中，缓冲层2包括依次层叠于衬底1上的WS2薄膜层21、AlxGa1-xN层22（x=0.25）、第一AlN层23和第二AlN层24。其中，WS2薄膜层21的厚度为1.5nm，AlxGa1-xN层22的厚度为3nm，第一AlN层23的厚度为18nm，其Al组分占比为0.55，生长温度为1280℃，生长压力为450torr，V/Ⅲ为2800。第二AlN层24的厚度为30nm，其Al组分占比为0.45，生长温度为950℃，生长压力为80torr，V/Ⅲ为550。
其中，非掺杂AlGaN层3的厚度为1.2μm。N型AlGaN层4中Al组分占比为0.48，厚度为2.2μm，其掺杂元素为Si，掺杂浓度为5.5×1019cm-3。
其中，多量子阱层5为多个AlαGa1-αN量子阱层（α=0.48）和AlβGa1-βN量子垒层（β=0.66）交替堆叠形成的周期性结构，其周期数为10。其中，单个AlαGa1-αN量子阱层的厚度为3nm，单个AlβGa1-βN量子垒层的厚度为9.5nm。
其中，电子阻挡层6为AlγGa1-γN层（γ=0.75），其厚度为40nm。P型AlGaN层7中Al组分占比为0.5，厚度为320nm，其掺杂元素为Mg，掺杂浓度为8×1019cm-3。P型接触层8为重掺杂P-AlGaN层，其掺杂元素为Mg，掺杂浓度为8×1020cm-3，厚度为25nm。
本实施例中基于硅衬底的LED外延片的制备方法包括以下步骤：
（1）提供衬底；
（2）在衬底上生长外延层；
其中，步骤（2）包括：
（2.1）在衬底上生长WS2薄膜层；
具体的，通过MOCVD生长WS2薄膜层，其生长温度为920℃，生长压力为250torr。生长时所采用的W源为W(CO)6，S源为H2S，载气为H2。
（2.2）在WS2薄膜层上生长AlxGa1-xN层；
具体的，通过MOCVD法生长AlxGa1-xN层，其生长温度为1100℃，生长压力为110torr。
（2.3）在AlxGa1-xN层上生长第一AlN层；
具体的，通过MOCVD法生长第一AlN层，其生长温度为1280℃，生长压力为450torr，V/Ⅲ为2800。
（2.4）在第一AlN层上生长第二AlN层，得到外延层；
具体的，通过MOCVD法生长第二AlN层，其生长温度为950℃，生长压力为80torr，V/Ⅲ为550。
（3）在外延层上生长非掺杂AlGaN层；
具体的，通过MOCVD法生长非掺杂AlGaN层，其生长温度为1050℃，生长压力为200torr。
（4）在非掺杂AlGaN层上生长N型AlGaN层；
具体的，通过MOCVD法生长N型AlGaN层，其生长温度为1200℃，生长压力为400torr。
（5）在N型AlGaN层上生长多量子阱层；
具体的，通过MOCVD法周期性生长多个AlαGa1-αN量子阱层和AlβGa1-βN量子垒层，即得到多量子阱层。其中，AlαGa1-αN量子阱层的生长温度为900℃，生长压力为200torr。AlβGa1-βN量子垒层的生长温度为1100℃，生长压力为200torr。
（6）在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，通过MOCVD法生长电子阻挡层，其生长温度为1080℃，生长压力为250torr。
（7）在电子阻挡层上生长P型AlGaN层；
具体的，通过MOCVD法生长P型AlGaN层，生长温度为1080℃，生长压力为400torr。
（8）在P型AlGaN层上生长P型接触层；
具体的，通过MOCVD法生长P型接触层，生长温度为1080℃，生长压力为200torr。
实施例2
本实施例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于，WS2薄膜层21生长完成后在980℃、H2S气氛下退火15min，其他均与实施例1相同。
实施例3
参考图1、图3，本实施例提供一种深在外LED外延片，其与实施例1的区别在于，缓冲层2包括依次层叠于衬底1上的WS2薄膜层21、AlxGa1-xN层22（x=0.25）、第一AlN层23、第二AlN层24和超晶格层25。其中，WS2薄膜层21的厚度为1.5nm，其生长完成后在980℃、H2S气氛下退火15min 。AlxGa1-xN层22的厚度为3nm，第一AlN层23的厚度为18nm，其Al组分占比为0.55，生长温度为1280℃，生长压力为450torr，V/Ⅲ为2800。第二AlN层24的厚度为30nm，其Al组分占比为0.45，生长温度为950℃，生长压力为80torr，V/Ⅲ为550。超晶格层25为周期性结构，其周期数为8，每个周期均包括依次层叠的AlyGa1-yN层251（y=0.55）和AlInGaN层252。其中，AlyGa1-yN层251的厚度为1nm，AlInGaN层252的厚度为2.5nm，其Al组分占比为0.65，In组分占比为0.1。
其中，N型AlGaN层4中Al组分占比为0.54，P型AlGaN层7中Al组分占比为0.58。
相应的，本实施例的制备方法中，制备外延层的步骤包括：
（2.1）在衬底上生长WS2薄膜层；
具体的，通过MOCVD生长WS2薄膜层，其生长温度为920℃，生长压力为250torr。生长时所采用的W源为W(CO)6，S源为H2S，载气为H2。
（2.2）将步骤（2.1）得到的衬底进行退火处理；
具体的，在980℃、H2S气氛下退火15min。
（2.3）在退火处理后的WS2薄膜层上生长AlxGa1-xN层；
具体的，通过MOCVD法生长AlxGa1-xN层，其生长温度为1100℃，生长压力为110torr。
（2.4）在AlxGa1-xN层上生长第一AlN层；
具体的，通过MOCVD法生长第一AlN层，其生长温度为1280℃，生长压力为450torr，V/Ⅲ为2800。
（2.5）在第一AlN层上生长第二AlN层；
具体的，通过MOCVD法生长第二AlN层，其生长温度为950℃，生长压力为80torr，V/Ⅲ为550。
（2.6）在第二AlN层上生长超晶格层；
具体的，通过MOCVD法周期性生长AlyGa1-yN层和AlInGaN层，作为超晶格层。其中，AlyGa1-yN层的生长温度为1220℃，生长压力为300torr；AlInGaN层的生长温度为1000℃，生长压力为300torr。
其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于：
缓冲层为AlN层，其厚度为80nm，其通过PVD法制备。
N型AlGaN层中Al组分占比为0.4，P型AlGaN层中Al组分占比为0.4。
对比例2
本对比例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于：
缓冲层2中不包括WS2薄膜层21，相应的，在制备方法中也不包括制备该层的制备步骤。
对比例3
本对比例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于：
缓冲层2中不包括AlxGa1-xN层22，相应的，在制备方法中也不包括制备该层的制备步骤。
对比例4
本对比例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于：
缓冲层2中不包括第二AlN层24，相应的，在制备方法中也不包括制备该层的制备步骤。
分别取实施例1-3、对比例1-4得到的深紫外LED外延片各10片进行发光亮度测试，以对比例1的数据为基准，计算发光亮度提升率。具体结果如下表所示：
由表中可以看出，当在外延片中引入了本发明的调节后，有效提升了外延片的成品率，也一定程度提升了发光亮度。
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种深紫外LED外延片，包括衬底，依次层叠于衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；其特征在于，所述缓冲层包括依次层叠于所述衬底上的WS2薄膜层、AlxGa1-xN层、第一AlN层和第二AlN层；
其中，x为0.2-0.4，所述第一AlN层的生长温度大于所述第二AlN层的生长温度，第一AlN层中Al组分的占比大于所述第二AlN层中Al组分的占比。
2.如权利要求1所述的深紫外LED外延片，其特征在于，所述WS2薄膜层的厚度为0.3nm-5nm，所述AlxGa1-xN层的厚度为1nm-5nm，所述第一AlN层的厚度为10nm-50nm，所述第二AlN层的厚度为20nm-50nm；
所述第一AlN层中Al组分的占比为0.5-0.7，所述第二AlN层中Al组分的占比为0.3-0.5。
3.如权利要求1所述的深紫外LED外延片，其特征在于，所述第一AlN层、第二AlN层通过MOCVD法生长；
所述第一AlN层的生长温度为1200℃-1300℃，生长压力为200torr-500torr，V/Ⅲ为2000-3000；
所述第二AlN层的生长温度为900℃-1100℃，生长压力为50torr-100torr，V/Ⅲ为400-800。
4.如权利要求1-3任一项所述的深紫外LED外延片，其特征在于，所述WS2薄膜层生长完成后，在950℃-1000℃、H2S气氛下退火10min-20min。
5.如权利要求1-3任一项所述的深紫外LED外延片，其特征在于，所述缓冲层还包括超晶格层，其设于所述第二AlN层上；
所述超晶格层为周期性结构，其周期数为2-10，每个周期均包括依次层叠的AlyGa1-yN层和AlInGaN层；y为0.5-0.8，且y＞x。
6.如权利要求5所述的深紫外LED外延片，其特征在于，所述AlyGa1-yN层的厚度为0.5nm-2nm，所述AlInGaN层的厚度为1nm-3nm；
所述AlInGaN层中Al组分占比为0.6-0.9，In组分占比为0.05-0.3。
7.一种深紫外LED外延片的制备方法，用于制备如权利要求1-6任一项所述的深紫外LED外延片，其特征在于，包括：
提供衬底，在所述衬底上依次形成缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；所述缓冲层包括依次层叠于所述衬底上的WS2薄膜层、AlxGa1-xN层、第一AlN层和第二AlN层；
其中，x为0.2-0.4，所述第一AlN层的生长温度大于所述第二AlN层的生长温度，第一AlN层中Al组分的占比大于所述第二AlN层中Al组分的占比。
8.如权利要求7所述的深紫外LED外延片的制备方法，其特征在于，所述WS2薄膜层采用MOCVD法生长，生长时采用的W源为W(CO)6，S源为H2S，载气为H2，生长温度为850℃-950℃，生长压力为200torr-300torr；
所述AlxGa1-xN层采用MOCVD法生长，生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为50torr-200torr。
9.如权利要求7所述的深紫外LED外延片的制备方法，其特征在于，所述缓冲层还包括超晶格层，其设于所述第二AlN层上；所述超晶格层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的AlyGa1-yN层和AlInGaN层；
所述AlyGa1-yN层和AlInGaN层均通过MOCVD法生长，所述AlyGa1-yN层的生长温度为1100℃-1300℃，生长压力为200torr-500torr；
所述AlInGaN层的生长温度为950℃-1100℃，生长压力为100torr-300torr。
10.一种深紫外LED，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的深紫外LED外延片。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116504895A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-07-28 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、led |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090057646A1 (en) * | 2007-08-27 | 2009-03-05 | Riken | Optical semiconductor device and method for manufacturing the same |
| CN106025025A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-10-12 | 南通同方半导体有限公司 | 一种提高深紫外led发光性能的外延生长方法 |
| CN110010729A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-07-12 | 王晓靁 | RGB全彩InGaN基LED及其制备方法 |
| CN111354629A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-06-30 | 江西新正耀光学研究院有限公司 | 一种用于紫外LED的AlN缓冲层结构及其制作方法 |
| CN111916537A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-11-10 | 深圳市昂德环球科技有限公司 | 非极性AlGaN基深紫外LED外延片及制备方法 |
| CN113745379A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-12-03 | 宁波安芯美半导体有限公司 | 一种深紫外led外延结构及其制备方法 |
| CN114220889A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-22 | 山西中科潞安紫外光电科技有限公司 | 一种垂直结构的深紫外led外延片及其生长方法 |
| CN115458653A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-09 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种深紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
| CN115498073A (zh) * | 2021-06-17 | 2022-12-20 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化物发光器件制备方法 |
-
2023
- 2023-03-17 CN CN202310261691.XA patent/CN115986022A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090057646A1 (en) * | 2007-08-27 | 2009-03-05 | Riken | Optical semiconductor device and method for manufacturing the same |
| CN106025025A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-10-12 | 南通同方半导体有限公司 | 一种提高深紫外led发光性能的外延生长方法 |
| CN110010729A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-07-12 | 王晓靁 | RGB全彩InGaN基LED及其制备方法 |
| CN111354629A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-06-30 | 江西新正耀光学研究院有限公司 | 一种用于紫外LED的AlN缓冲层结构及其制作方法 |
| CN111916537A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-11-10 | 深圳市昂德环球科技有限公司 | 非极性AlGaN基深紫外LED外延片及制备方法 |
| CN115498073A (zh) * | 2021-06-17 | 2022-12-20 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化物发光器件制备方法 |
| CN113745379A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-12-03 | 宁波安芯美半导体有限公司 | 一种深紫外led外延结构及其制备方法 |
| CN114220889A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-22 | 山西中科潞安紫外光电科技有限公司 | 一种垂直结构的深紫外led外延片及其生长方法 |
| CN115458653A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-09 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种深紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| YAO ZHU 等: "Scalable synthesis and defect modulation of large monolay WS2 via annealing in H2S atmosphere/thiol treatment to enhance photoluminescence", APPLIED SURFACE SCIENCE》, pages 101 - 107 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116504895A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-07-28 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、led |
| CN116504895B (zh) * | 2023-06-29 | 2023-09-05 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、led |
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