CN116130567A - 发光二极管外延片及其制备方法、led - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管外延片及其制备方法、LED，所述发光二极管外延片包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和InxGa(1‑x)N/GaN超晶格层。本发明提供的发光二极管外延片能够缓解现有技术中存在的晶体质量差，发光效率低且波长亮度均匀性偏低的问题。

Description

发光二极管外延片及其制备方法、LED
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、LED。
背景技术
近年来LED半导体照明技术迅猛发展，各种LED产品被广泛应用于背光、显示、商业照明、植物照明等领域。GaN基发光二极管的半导体照明技术更是日新月异，已逐步取代传统照明成为新一代照明光源。目前以GaN基为基础的LED照明产品其外量子效率虽然已经突破60%~70%，但仍然有很大的效率提升空间。
影响GaN基LED外量子效率的提升的原因主要有以下几个方面：
首先，受应变调控层、多量子阱层InGaN和GaN晶格失配影响，导致阱垒异质结界面处产生由应力造成的强压电场，该强极化电场会导致能带发生弯曲，造成严重的载子泄露和俄歇复合效应；另外，极化电场也会使平台量子阱中电子和空穴波函数重叠减少，辐射复合效率降低。
其次，在GaN基LED发光二极管的外延生长方法中通常使用异质结材料作为衬底，比如蓝宝石、Si和SiC，受异质衬底晶格常数和热膨胀系数的差异影响，在外延生长过程中会引入大量位错，这些位错会沿着生长方向穿透至有源区，造成有源区晶体质量下降，严重影响发光效率。
再次，在InGaN/GaN结构的应变调控层、多量子阱层中随着In组分的增加，所面临的极化电场和缺陷密度会更加严重，同时In分布不均导致In团簇等缺陷产生，使缺陷数量增加，并在应变调控层、多量子阱层中形成深能级缺陷，电子很容易被深能级缺陷捕获，最终影响有效辐射复合效率。
为解决上述问题，现有技术的解决方案如下：一方面，在应变调控层、多量子阱层之前先生长一段低In组分的InGaN/GaN量子阱准备层，或InGaN/GaN超晶格准备层来释放量子阱区的应力。另一方面，通过优化应变调控层、多量子阱层的生长温度和提高量子阱生长速率提升量子阱的晶体质量。
但是现有的解决方案存在以下不足：InGaN/GaN量子阱准备层或者InGaN/GaN超晶格准备层虽然能释放应变调控层、多量子阱层的压应力，但受In生长条件的限制，生长温度相对较低，低温下NH3不能有效分解，会促使更多缺陷形成，从而导致量子阱晶体质量变差，在应变调控层、多量子阱层中开出小型V型缺陷，并成为漏电通道，严重影响外延层的反向电压，反向电流等性能。另外，In原子在本征半导体中可混溶度低，In原子相分离现象严重，导致应变调控层、多量子阱层的生长不够均匀，发光强度和波长一致性变差。综上所述，现有技术仍然存在晶体质量差，发光效率低且波长亮度均匀性偏低的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管外延片，其能够解决现有技术中存在的晶体质量差，发光效率低且波长亮度均匀性偏低的问题。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种发光二极管外延片的制备方法，其工艺简单，能够稳定制得发光效率良好的发光二极管外延片。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和InxGa(1-x)N/GaN超晶格层，其中，0.01＜x＜0.1。
在一种实施方式中，所述InAlN层的In组分含量为0.15~0.2；
所述MgN纳米岛层的Mg组分含量为0.2~0.4；
所述二维AlGaN层中Al组分含量为0.01~0.2。
在一种实施方式中，所述InAlN层的厚度为10nm~20nm；
所述MgN纳米岛层的厚度为20nm~50nm；
所述二维AlGaN层的厚度为10nm~20nm。
在一种实施方式中，所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层包括交替层叠的InxGa(1-x)N层和GaN层，交替层叠的周期数为20~30；
所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的厚度为100nm~200nm。
在一种实施方式中，所述InAlN层的N型掺杂浓度＞所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的N型掺杂浓度＞所述MgN纳米岛层的N型掺杂浓度或所述二维AlGaN层的N型掺杂浓度。
优选地，所述InAlN层的N型掺杂浓度为1×1020atoms/cm3~5×1020atoms/cm3；
所述MgN纳米岛层的N型掺杂浓度为1×1018atoms/cm3~1×1019atoms/cm3；
所述二维AlGaN层的N型掺杂浓度为1×1018atoms/cm3~1×1019atoms/cm3；
所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的N型掺杂浓度为1×1019atoms/cm3~1×1020atoms/cm3。
在一种实施方式中，所述InAlN层的生长压力为100torr~150torr；
所述MgN纳米岛层的生长压力为300torr~500torr；
所述二维AlGaN层的生长压力为150torr~200torr；
所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的生长压力为100torr~200torr。
为解决上述问题，本发明还提供了一种发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备衬底；
S2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和InxGa(1-x)N/GaN超晶格层，其中，0.01＜x＜0.1。
在一种实施方式中，所述应变调控层的沉积步骤包括：
在生长压力为100torr~150torr的条件下，在所述N型GaN层上沉积所述InAlN层；
在生长压力为300torr~500torr的条件下，在所述InAlN层上沉积所述MgN纳米岛层；
在生长压力为150torr~200torr的条件下，在所述MgN纳米岛层上沉积所述二维AlGaN层；
在生长压力为100torr~200torr的条件下，在所述二维AlGaN层上沉积所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层。
相应地，本发明还提供了一种LED，所述LED包括上述的发光二极管外延片。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明提供的发光二极管外延片，其在多量子阱层前设置有应变调控层，所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和InxGa(1-x)N/GaN超晶格层。
所述InAlN层与GaN晶格匹配，特定结构的所述InAlN层能够提升晶体整体均匀性和晶体质量，而且InAlN结构能够呈现出均匀性较高的In纳米点，为后续MgN纳米岛层结构提供成核定位点。所述MgN纳米岛层能够引入Mg原子，Mg原子的引入改变了Ga-N的键结方式，使原本0001方向的极化矢量转向0001负向的极化矢量，进而削弱了极化电场强度，减少了对多量子阱层的应力作用，改善发光区能带倾斜程度，提升电子与空穴的复合效率。另一方面，所述MgN纳米岛层为含有斜坡面的锥型纳米岛状，可以使底层延伸而来的位错被斜坡面镜像牵引并转弯，有效削减了向发光区延伸的位错，提升发光区晶体质量。所述二维AlGaN层，主要起到填平纳米岛层空位的作用，阻隔缺陷继续向上延伸，进一步提升晶体质量。最后，所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层能够缓解多量子阱层受晶格失配带来的压应力，同时超晶格结构促进了载流子在各阱中的隧穿行为，改善载流子的分布的均匀性。上述四层综合的所述应变调控层能够有效改善了多量子阱层的应力状况，在提升二极管的亮度均匀性和波长一致性的同时也提升了二极管的发光效率。
附图说明
图1为本发明提供的发光二极管外延片的结构示意图；
图2为本发明提供的发光二极管外延片的制备方法的流程图；
图3为本发明提供的发光二极管外延片的制备方法的步骤S2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，下面对本发明作进一步地详细描述。
除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：
本发明中，“优选”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本发明保护范围的限制。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，则包括数值区间的两个端点。
为解决上述问题，本发明提供了一种发光二极管外延片，如图1所示，包括衬底1及依次层叠于所述衬底1上的缓冲层2、N型GaN层3、应变调控层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型GaN层7；
所述应变调控层4包括依次层叠于所述N型GaN层3上的InAlN层41、MgN纳米岛层42、二维AlGaN层43和InxGa(1-x)N/GaN超晶格层44，其中，0.01＜x＜0.1。
本发明提供的发光二极管外延片，其在多量子阱层前设置有应变调控层能够有效改善了多量子阱层的应力状况，在提升二极管的亮度均匀性和波长一致性的同时也提升了二极管的发光效率。
所述应变调控层的具体结构如下：
首先，在所述N型GaN层3上生长一层与GaN晶格匹配的所述InAlN层41。在一种实施方式中，所述InAlN层41的厚度为10nm~20nm；示意性地所述InAlN层41的厚度为12nm、14nm、16nm、18nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述InAlN层41的In组分含量为0.15~0.2；示意性地所述In组分含量为0.16、0.17、0.18、0.19，但不限于此。在一种实施方式中，所述InAlN层41的生长压力为100torr~150torr；示意性地所述InAlN层41的生长压力为110torr、120torr、130torr、140torr，但不限于此。在上述条件下，控制生长压力和In组分配比使InAlN维持在一种亚稳态，InAlN亚稳态结构相比InGaN稳态结构而言，更不易出现相分离的现象，进而提升晶体整体均匀性和晶体质量。并且，所述InAlN层41能够呈现出均匀性较高的In纳米点，为后续结构提供成核定位点。
然后，在所述InAlN层41上生长所述MgN纳米岛层42。在一种实施方式中，所述MgN纳米岛层42的厚度为20nm~50nm；示意性地所述MgN纳米岛层42的厚度为25nm、30nm、35nm、40nm、45nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述MgN纳米岛层42的Mg组分含量为0.2~0.4；示意性地所述Mg组分含量为0.25、0.3、0.35，但不限于此。在一种实施方式中，所述MgN纳米岛层42的生长压力为300torr~500torr；示意性地所述MgN纳米岛层42的生长压力为350torr、400torr、450torr，但不限于此。所述MgN纳米岛层42引入Mg原子，一方面，Mg原子的引入改变了Ga-N的键结方式，使原本0001方向的极化矢量转向0001负向的极化矢量，进而削弱了极化电场强度，减少了对多量子阱层的应力作用，改善发光区能带倾斜程度，提升电子与空穴的复合效率；另一方面，所述MgN纳米岛层42在特定的生长压力下能够促进MgN以三维方式堆叠生长并形成含有斜坡面的锥型纳米岛状，从而使底层延伸而来的位错被斜坡面镜像牵引并转弯，有效削减了向发光区延伸的位错，提升发光区晶体质量。
进一步地，本发明的所述MgN纳米岛层42在上述特定的生长压力和Mg组分含量的条件下，使得在岛与岛之间形成许多空位点，这些空位点为V型坑的形成创造有利条件，促使一部分未能在MgN锥型纳米岛斜面被镜像牵引的位错停止向上延伸，在三维生长模式的影响下形成V型缺口。之后生长的二维AlGaN层43会优先填充V型坑开口处，进而使V型坑开口处的势垒拉高，让载流子远离V型坑底部的位错，起到屏蔽位错的作用。
再然后，在MgN纳米岛层42上生长所述二维AlGaN层43。在一种实施方式中，所述二维AlGaN层43的厚度为10nm~20nm；示意性地所述二维AlGaN层43的厚度为12nm、14nm、16nm、18nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述二维AlGaN层43中Al组分含量为0.01~0.2；示意性地所述Al组分含量为0.05、0.1、0.15，但不限于此。在一种实施方式中，所述二维AlGaN层43的生长压力为150torr~200torr；示意性地所述二维AlGaN层43的生长压力为160torr、170torr、180torr、190torr，但不限于此。在所述MgN纳米岛层42之上生长二维AlGaN层43，主要起到填平纳米岛层空位的作用，在MgN纳米岛外围形成一层包裹薄层，阻隔缺陷继续向上延伸，进一步提升晶体质量。
最后，在所述二维AlGaN层43上生长所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层44。在一种实施方式中，所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层44包括交替层叠的InxGa(1-x)N层和GaN层，交替层叠的周期数为20~30；所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层44的厚度为100nm~200nm。在一种实施方式中，所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层44的生长压力为100torr~200torr。所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层44的In组分含量低于多量子阱层的In组分含量，可以缓解多量子阱层受晶格失配带来的压应力，同时超晶格结构促进了载流子在各阱中的隧穿行为，改善载流子的分布的均匀性。
以上为所述应变调控层的四个子层结构进，在一种实施方式中，所述InAlN层41的N型掺杂浓度＞所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层44的N型掺杂浓度＞所述MgN纳米岛层42的N型掺杂浓度或所述二维AlGaN层43的N型掺杂浓度。优选地，所述InAlN层41的N型掺杂浓度为1×1020atoms/cm3~5×1020atoms/cm3；所述MgN纳米岛层42的N型掺杂浓度为1×1018atoms/cm3~1×1019atoms/cm3；所述二维AlGaN层43的N型掺杂浓度为1×1018atoms/cm3~1×1019atoms/cm3；所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层44的N型掺杂浓度为1×1019atoms/cm3~1×1020atoms/cm3。所述InAlN层41的N型掺杂浓度较高，而所述MgN纳米岛层42和所述二维AlGaN层43的N型掺杂浓度较低，N型掺杂浓度较大差异的变化一方面降低电子移动的速度，促进电流的横向扩展，避免电流的聚集效应，提升产品发光均匀性；另一方面起到电容调控的作用，为二极管提供一个空间电荷存储区域，提升产品的抗静电能力。
相应地，本发明提供了一种发光二极管外延片的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、准备衬底1；
在一种实施方式中，所述衬底可选用蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底中的一种。优选地，衬底选用蓝宝石衬底，蓝宝石衬底在目前LED生产中广泛使用,蓝宝石衬底具有制备工艺成熟，价格较低，具有很好的化学稳定性和热稳定性等优点。
S2、在所述衬底1上依次沉积缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层。
在一种实施方式中，如图3所示，步骤S2包括以下步骤：
S21、在衬底1上沉积缓冲层2。
优选地，所述缓冲层2的材料AlN。厚度为10 nm-20nm。
S22、在缓冲层2上沉积N型GaN层3。
优选地，将反应室的温度控制在1100℃-1200℃，通入N源、Ga源，生长N型GaN层。所述N型GaN层的生长厚度为2μm~3μm，Si掺杂浓度为1×1019atoms/cm3~1×1020atoms/cm3。
S23、在N型GaN层3上沉积应变调控层4，包括以下步骤：
在生长压力为100torr~150torr的条件下，在所述N型GaN层上沉积所述InAlN层；
在生长压力为300torr~500torr的条件下，在所述InAlN层上沉积所述MgN纳米岛层；
在生长压力为150torr~200torr的条件下，在所述MgN纳米岛层上沉积所述二维AlGaN层；
在生长压力为100torr~200torr的条件下，在所述二维AlGaN层上沉积所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层。
所述应变调控层的具体结构如上文所述，此处不再赘述。
S24、在应变调控层4上沉积多量子阱层5。
优选地，所述多量子阱层是由InGaN量子阱层和GaN量子垒层交替层叠的周期性结构，周期数为5~10；In组分含量为0.1~0.2；沉积温度为750℃~850℃。
S25、在多量子阱层5上沉积电子阻挡层6。
优选地，所述电子阻挡层为AlGaN层；控制反应室生长温度为900℃~1000℃，压力为100torr~300torr，Al组分含量为0.005~0.1。
S26、在电子阻挡层6上沉积P型GaN层7。
优选地，所述P型GaN层的生长温度为800℃-980℃；Mg掺杂浓度为1×1019atoms/cm3~1×1020atoms/cm3；生长厚度为50nm~80nm。
相应地，本发明还提供了一种LED，所述LED包括上述的发光二极管外延片。所述LED的光电效率得到有效提升，且其他项电学性能良好。
下面以具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
本实施例提供一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和InxGa(1-x)N/GaN超晶格层，其中，x为0.05；
所述InAlN层的In组分含量为0.15，厚度为15nm，N型掺杂浓度为5×1019atoms/cm3，生长压力为100torr。
所述MgN纳米岛层的Mg组分含量为0.2，厚度为40nm，N型掺杂浓度为2×1018atoms/cm3，生长压力为250torr。
所述二维AlGaN层的厚度为15nm，N型掺杂浓度为2×1018atoms/cm3，生长压力为150torr。
所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的厚度为180nm，N型掺杂浓度为2×1019atoms/cm3，生长压力为150torr。
实施例2
本实施例提供一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和InxGa(1-x)N/GaN超晶格层，其中，x为0.05；
所述InAlN层的In组分含量为0.15，厚度为20nm，N型掺杂浓度为8×1019atoms/cm3，生长压力为100torr。
所述MgN纳米岛层的Mg组分含量为0.2，厚度为40nm，N型掺杂浓度为2×1018atoms/cm3，生长压力为280torr。
所述二维AlGaN层的厚度为15nm，N型掺杂浓度为2×1018atoms/cm3，生长压力为150torr。
所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的厚度为180nm，N型掺杂浓度为2×1019atoms/cm3，生长压力为150torr。
实施例3
本实施例提供一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和InxGa(1-x)N/GaN超晶格层，其中，x为0.05；
所述InAlN层的In组分含量为0.15，厚度为15nm，N型掺杂浓度为5×1019atoms/cm3，生长压力为100torr。
所述MgN纳米岛层的Mg组分含量为0.2，厚度为60nm，N型掺杂浓度为1×1018atoms/cm3，生长压力为250torr。
所述二维AlGaN层的厚度为15nm，N型掺杂浓度为1×1018atoms/cm3，生长压力为180torr。
所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的厚度为180nm，N型掺杂浓度为2×1019atoms/cm3，生长压力为150torr。
实施例4
本实施例提供一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和InxGa(1-x)N/GaN超晶格层，其中，x为0.05；
所述InAlN层的In组分含量为0.17，厚度为15nm，N型掺杂浓度为5×1019atoms/cm3，生长压力为100torr。
所述MgN纳米岛层的Mg组分含量为0.3，厚度为40nm，N型掺杂浓度为2×1018atoms/cm3，生长压力为250torr。
所述二维AlGaN层的厚度为15nm，N型掺杂浓度为2×1018atoms/cm3，生长压力为150torr。
所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的厚度为180nm，N型掺杂浓度为2×1019atoms/cm3，生长压力为150torr。
实施例5
本实施例提供一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和InxGa(1-x)N/GaN超晶格层，其中，x为0.05；
所述InAlN层的In组分含量为0.17，厚度为20nm，N型掺杂浓度为8×1019atoms/cm3，生长压力为100torr。
所述MgN纳米岛层的Mg组分含量为0.3，厚度为40nm，N型掺杂浓度为2×1018atoms/cm3，生长压力为280torr。
所述二维AlGaN层的厚度为15nm，N型掺杂浓度为2×1018atoms/cm3，生长压力为150torr。
所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的厚度为180nm，N型掺杂浓度为2×1019atoms/cm3，生长压力为150torr。
实施例6
本实施例提供一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和InxGa(1-x)N/GaN超晶格层，其中，x为0.05；
所述InAlN层的In组分含量为0.17，厚度为15nm，N型掺杂浓度为5×1019atoms/cm3，生长压力为100torr。
所述MgN纳米岛层的Mg组分含量为0.3，厚度为60nm，N型掺杂浓度为1×1018atoms/cm3，生长压力为250torr。
所述二维AlGaN层的厚度为15nm，N型掺杂浓度为1×1018atoms/cm3，生长压力为180torr。
所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的厚度为180nm，N型掺杂浓度为2×1019atoms/cm3，生长压力为150torr。
对比例1
本对比例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：不设有应变调控层，其余均与实施例1相同。
以实施例1~实施例6和对比例1制得发光二极管外延片使用相同芯片工艺条件制备成10×24mil的芯片，分别抽取150颗LED芯片，在120 mA电流下测试芯片的光电性能，计算实施例1-实施例6与对比例1相比，各项性能的提升程度，具体测试结果如表1所示。
表1 实施例1~实施例6和对比例1制得LED的性能测试结果
由上述结果可知，本发明提供的发光二极管外延片，其在多量子阱层前设置有应变调控层，所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和InxGa(1-x)N/GaN超晶格层。
所述InAlN层与GaN晶格匹配，特定结构的所述InAlN层能够提升晶体整体均匀性和晶体质量，而且InAlN结构能够呈现出均匀性较高的In纳米点，为后续MgN纳米岛层结构提供成核定位点。所述MgN纳米岛层能够引入Mg原子，Mg原子的引入改变了Ga-N的键结方式，使原本0001方向的极化矢量转向0001负向的极化矢量，进而削弱了极化电场强度，减少了对多量子阱层的应力作用，改善发光区能带倾斜程度，提升电子与空穴的复合效率。另一方面，所述MgN纳米岛层为含有斜坡面的锥型纳米岛状，可以使底层延伸而来的位错被斜坡面镜像牵引并转弯，有效削减了向发光区延伸的位错，提升发光区晶体质量。所述二维AlGaN层，主要起到填平纳米岛层空位的作用，阻隔缺陷继续向上延伸，进一步提升晶体质量。最后，所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层能够缓解多量子阱层受晶格失配带来的压应力，同时超晶格结构促进了载流子在各阱中的隧穿行为，改善载流子的分布的均匀性。上述四层综合的所述应变调控层能够有效改善了多量子阱层的应力状况，在提升二极管的亮度均匀性和波长一致性的同时也提升了二极管的发光效率。
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)

1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和InxGa(1-x)N/GaN超晶格层，其中，0.01＜x＜0.1。
2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InAlN层的In组分含量为0.15~0.2；
所述MgN纳米岛层的Mg组分含量为0.2~0.4；
所述二维AlGaN层中Al组分含量为0.01~0.2。
3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InAlN层的厚度为10nm~20nm；
所述MgN纳米岛层的厚度为20nm~50nm；
所述二维AlGaN层的厚度为10nm~20nm。
4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层包括交替层叠的InxGa(1-x)N层和GaN层，交替层叠的周期数为20~30；
所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的厚度为100nm~200nm。
5.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InAlN层的N型掺杂浓度＞所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的N型掺杂浓度＞所述MgN纳米岛层的N型掺杂浓度或所述二维AlGaN层的N型掺杂浓度。
6.如权利要求5所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InAlN层的N型掺杂浓度为1×1020atoms/cm3~5×1020atoms/cm3；
所述MgN纳米岛层的N型掺杂浓度为1×1018atoms/cm3~1×1019atoms/cm3；
所述二维AlGaN层的N型掺杂浓度为1×1018atoms/cm3~1×1019atoms/cm3；
所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的N型掺杂浓度为1×1019atoms/cm3~1×1020atoms/cm3。
7.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InAlN层的生长压力为100torr~150torr；
所述MgN纳米岛层的生长压力为300torr~500torr；
所述二维AlGaN层的生长压力为150torr~200torr；
所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层的生长压力为100torr~200torr。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备衬底；
S2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、N型GaN层、应变调控层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述应变调控层包括依次层叠于所述N型GaN层上的InAlN层、MgN纳米岛层、二维AlGaN层和InxGa(1-x)N/GaN超晶格层，其中，0.01＜x＜0.1。
9.如权利要求8所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述应变调控层的沉积步骤包括：
在生长压力为100torr~150torr的条件下，在所述N型GaN层上沉积所述InAlN层；
在生长压力为300torr~500torr的条件下，在所述InAlN层上沉积所述MgN纳米岛层；
在生长压力为150torr~200torr的条件下，在所述MgN纳米岛层上沉积所述二维AlGaN层；
在生长压力为100torr~200torr的条件下，在所述二维AlGaN层上沉积所述InxGa(1-x)N/GaN超晶格层。
10.一种LED，其特征在于，所述LED包括如权利要求1~7任一项所述的发光二极管外延片。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116364819A (zh) * 2023-05-31 2023-06-30 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 (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090001142A (ko) * 2007-06-29 2009-01-08 우리엘에스티 주식회사 발광소자와 그의 제조방법
WO2017076116A1 (zh) * 2015-11-02 2017-05-11 厦门市三安光电科技有限公司 一种led外延结构及制作方法
CN109786518A (zh) * 2019-01-07 2019-05-21 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管的外延片及其制备方法
CN112133797A (zh) * 2020-08-11 2020-12-25 华灿光电（浙江）有限公司 发光二极管外延片的生长方法
WO2022056780A1 (zh) * 2020-09-17 2022-03-24 重庆康佳光电技术研究院有限公司 P型半导体层生长方法、led外延层、芯片及电子设备
CN114759123A (zh) * 2022-05-12 2022-07-15 江西兆驰半导体有限公司 一种发光二极管外延片及其制作方法
CN115458650A (zh) * 2022-11-10 2022-12-09 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、发光二极管
CN115472718A (zh) * 2022-11-02 2022-12-13 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、发光二极管
CN115714155A (zh) * 2022-11-21 2023-02-24 江西兆驰半导体有限公司 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、深紫外发光二极管
CN115832134A (zh) * 2023-02-08 2023-03-21 江西兆驰半导体有限公司 一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090001142A (ko) * 2007-06-29 2009-01-08 우리엘에스티 주식회사 발광소자와 그의 제조방법
WO2017076116A1 (zh) * 2015-11-02 2017-05-11 厦门市三安光电科技有限公司 一种led外延结构及制作方法
CN109786518A (zh) * 2019-01-07 2019-05-21 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管的外延片及其制备方法
CN112133797A (zh) * 2020-08-11 2020-12-25 华灿光电（浙江）有限公司 发光二极管外延片的生长方法
WO2022056780A1 (zh) * 2020-09-17 2022-03-24 重庆康佳光电技术研究院有限公司 P型半导体层生长方法、led外延层、芯片及电子设备
CN114759123A (zh) * 2022-05-12 2022-07-15 江西兆驰半导体有限公司 一种发光二极管外延片及其制作方法
CN115472718A (zh) * 2022-11-02 2022-12-13 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、发光二极管
CN115458650A (zh) * 2022-11-10 2022-12-09 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、发光二极管
CN115714155A (zh) * 2022-11-21 2023-02-24 江西兆驰半导体有限公司 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、深紫外发光二极管
CN115832134A (zh) * 2023-02-08 2023-03-21 江西兆驰半导体有限公司 一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116364819A (zh) * 2023-05-31 2023-06-30 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
CN116364819B (zh) * 2023-05-31 2023-12-15 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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