CN116705937A - 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 - Google Patents

发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 Download PDF

Info

Publication number
CN116705937A
CN116705937A CN202310961331.0A CN202310961331A CN116705937A CN 116705937 A CN116705937 A CN 116705937A CN 202310961331 A CN202310961331 A CN 202310961331A CN 116705937 A CN116705937 A CN 116705937A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
emitting diode
light
epitaxial wafer
thickness
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
Application number
CN202310961331.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116705937B (zh
Inventor
郑文杰
曹斌斌
程龙
高虹
刘春杨
胡加辉
金从龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangxi Zhao Chi Semiconductor Co Ltd
Original Assignee
Jiangxi Zhao Chi Semiconductor Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangxi Zhao Chi Semiconductor Co Ltd filed Critical Jiangxi Zhao Chi Semiconductor Co Ltd
Priority to CN202310961331.0A priority Critical patent/CN116705937B/zh
Publication of CN116705937A publication Critical patent/CN116705937A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116705937B publication Critical patent/CN116705937B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/02Semiconductor 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
    • H01L33/04Semiconductor 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
    • H01L33/06Semiconductor 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/005Processes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0062Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/02Semiconductor 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
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/02Semiconductor 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
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H01L33/325Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen characterised by the doping materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管,涉及半导体光电器件领域。其中,发光二极管外延片包括衬底,依次层叠于衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层;有源层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层;每个量子阱层均包括依次层叠的第一WS2层、InxGa1‑xN薄层和第二WS2层;每个量子垒层均包括依次层叠的第一BN层、P‑GaN层和第二BN层;其中,x≥0.24,InxGa1‑ xN薄层的厚度≤2.5nm。实施本发明,可提升发光二极管外延片的发光效率。

Description

发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域,尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管。
背景技术
GaN基发光二极管是目前应用最为广泛的发光二极管,其外延结构中以InGaN/GaN多量子阱作为核心结构。该结构具有较宽的光谱范围和发光效率。但由于目前外延结构多为异质外延,这使得InGaN/GaN多量子阱内存在巨大的极化电场,导致量子阱能带向下弯曲,降低了空穴和电子的辐射复合几率,降低了发光效率(即量子限制斯塔克效应,QCSE)。而对于一些高In组分的多量子阱结构而言,GaN与InGaN之间的晶格失配进一步加剧,量子限制斯塔克效应更为显著,大幅降低了发光效率。
此外,高In组分的多量子阱层往往生长困难,这主要是由于高In组分的InGaN与GaN之间的失配应力更大,容易引起In聚集分凝。此外,In-N的分解温度低(<700℃),提高生长温度容易造成In分凝,In分布不均匀。并且后期GaN的生长温度较高,也会造成In组分的解析分离。而若降低生长温度,则InGaN层的晶体质量下降,InGaN与GaN之间的失配应力更为严重。
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及其制备方法,其可提升发光二极管的发光效率。
本发明还要解决的技术问题在于,提供一种发光二极管,其发光效率高。
为了解决上述问题,本发明公开了一种发光二极管外延片,包括衬底,依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层;所述有源层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层;每个所述量子阱层均包括依次层叠的第一WS2层、InxGa1-xN薄层和第二WS2层;每个所述量子垒层均包括依次层叠的第一BN层、P-GaN层和第二BN层;
其中,x≥0.24,所述InxGa1-xN薄层的厚度≤2.5nm。
作为上述技术方案的改进,所述第一WS2层的厚度为0.7nm~1nm,所述第二WS2层的厚度为0.7nm~1nm。
作为上述技术方案的改进,所述第一BN层的厚度为2nm~4nm,所述第二BN层的厚度为2nm~4nm。
作为上述技术方案的改进,所述P-GaN层的厚度为3nm~10nm;
所述P-GaN层的P型掺杂元素为Mg,掺杂浓度为5×1017cm-3~8×1018cm-3
作为上述技术方案的改进,所述InxGa1-xN薄层的厚度为1nm~2nm,x为0.28~0.4。
相应的,本发明还公开了一种发光二极管外延片的制备方法,用于制备上述的发光二极管外延片,其包括:
提供衬底,在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层;
所述有源层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层;每个所述量子阱层均包括依次层叠的第一WS2层、InxGa1-xN薄层和第二WS2层;每个所述量子垒层均包括依次层叠的第一BN层、P-GaN层和第二BN层;其中,x≥0.24,所述InxGa1-xN薄层的厚度≤2.5nm;
所述InxGa1-xN薄层的生长温度≤780℃。
作为上述技术方案的改进,所述InxGa1-xN薄层的生长温度为760℃~780℃,生长压力为50torr~300torr,V/III比为2000~3000。
作为上述技术方案的改进,所述第一WS2层的生长温度为800℃~950℃,生长时,钨源和硫源的摩尔比为1:1~1:3,以Ar和H2的混合气体作为载气,且Ar与H2的体积比为1:1~1:5;
所述第二WS2层的生长温度为800℃~950℃,生长时,钨源和硫源的摩尔比为1:1~1:3,以Ar和H2的混合气体作为载气,且Ar与H2的体积比为1:1~1:5。
作为上述技术方案的改进,所述第一BN层的生长温度为1150℃~1300℃,生长压力为50torr~300torr,V/III比为800~2000;
所述P-GaN层的生长温度为900℃~1100℃,生长压力为100torr~300torr;
所述第二BN层的生长温度为1150℃~1300℃,生长压力为50torr~300torr,V/III比为800~2000。
相应的,本发明还公开了一种发光二极管,其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:
1. 本发明的发光二极管外延片中,采用第一WS2层、InxGa1-xN薄层(x≥0.24)、第二WS2层的叠层结构作为量子阱层,以第一BN层、P-GaN层和第二BN层的叠层结构作为量子垒层。一者,设置在InxGa1-xN薄层与P-GaN层之间的第二WS2层、第一BN层、第二BN层、第一WS2层有效缓冲了两者之间的晶格失配,使得In组分占比提升(x≥0.24),且弱化了量子限制斯托克效应,提升了发光效率。二者,通过采用较小厚度的InxGa1-xN薄层(厚度≤2.5nm),减少了In分凝,提升了In组分占比。此外,覆盖在InxGa1-xN薄层两侧的第一WS2层、第二WS2层也保护了InxGa1-xN薄层中的In,防止其在量子垒层的高温生长过程中分解。三者,高禁带宽度的第一BN层、第二BN层弱化了高In组分有源层中的能带弯曲,提升了空穴、电子的辐射复合几率,提升了发光效率。四者,量子垒层中的P-GaN层可提供空穴,提升了电子、空穴的辐射复合效率,解决了因BN材质高势垒造成的空穴传输效率下降的问题。综上,本发明的发光二极管外延片,提升了有源层中In组分的含量,弱化了量子限制斯托克效应,提升了发光效率。
2. 本发明的发光二极管外延片中,控制第一WS2层、第二WS2层的厚度为0.7nm~1nm,使得其带隙宽度与高In组分的InxGa1-xN薄层相近,提升了所得光的波长均匀性。
附图说明
图1是本发明一实施例中发光二极管外延片的结构示意图;
图2是本发明一实施例中量子阱层的结构示意图;
图3是本发明一实施例中量子垒层的结构示意图;
图4是本发明一实施例中发光二极管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~图3,本发明公开了一种发光二极管外延片,其包括衬底1、依次层叠于衬底1上的缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、有源层5、电子阻挡层6和P型GaN层7;其中,有源层5包括多个交替层叠的量子阱层51和量子垒层52,交替周期数为3~15,示例性的为3、5、7、10、12或14,但不限于此。
其中,每个量子阱层51均包括依次层叠的第一WS2层511、InxGa1-xN薄层512(x≥0.24)和第二WS2层513。每个量子垒层52均包括依次层叠的第一BN层521、P-GaN层522和第二BN层523。
其中,第一WS2层511、第二WS2层513的厚度为0.7nm~1.5nm,当其厚度>1.5nm时,虽然其缓冲应力失配的作用较强,但其呈间接带隙结构,导致电子、空穴发生非辐射复合,大幅降低发光效率。当其厚度<0.7nm时,其为非连续层结构,难以有效缓冲晶格失配,且无法在后期高温生长量子垒层52时保护InxGa1-xN薄层512。示例性的,第一WS2层511、第二WS2层513的厚度为0.8nm、0.9nm、1.0nm、1.1nm或1.3nm,但不限于此。优选的,在本发明的一个实施例之中,第一WS2层511、第二WS2层513的厚度为0.7nm~1nm,基于该厚度,可提升发光效率和波长均一性。
其中,InxGa1-xN薄层512的厚度≤2.5nm。通过降低厚度,可提升In的并入效率,且维持相对较高的晶体质量。而且,也正是由于InxGa1-xN薄层512引入的BN-WS2结构缓冲了晶格失配,才提升了In组分占比(即x)。具体的,InxGa1-xN薄层512中In组分占比为0.25~0.4,优选的为0.28~0.4。InxGa1-xN薄层512的厚度为1nm~2.5nm,示例性的为1.3nm、1.6nm、1.9nm、2.0nm、2.2nm或2.4nm,但不限于此。优选的,InxGa1-xN薄层512的厚度为1nm~2nm。
其中,第一BN层521、第二BN层523的厚度为2nm~5nm,示例性的为2.4nm、2.8nm、3.2nm、3.6nm、4nm、4.4nm或4.8nm,但不限于此。优选的为2nm~4nm。更优选的为2nm~3nm。
其中,P-GaN层522中P型掺杂元素为Mg或Zn,但不限于此。优选的为Mg。P-GaN层522的掺杂浓度为5×1017cm-3~1×1019cm-3,优选的为5×1017cm-3~8×1018cm-3,更优选的为3×1018cm-3~8×1018cm-3
P-GaN层522的厚度为3nm~12nm,示例性的为4nm、6nm、8nm、10nm或11nm,但不限于此。优选的为3nm~10nm。
其中,衬底1为蓝宝石衬底、硅衬底、氧化镓衬底、氧化锌衬底或碳化衬底,但不限于此。
其中,缓冲层2为AlN层或AlGaN层,但不限于此。优选的为AlN层。缓冲层2的厚度为30nm~80nm,示例性的为35nm、40nm、45nm、55nm、60nm或75nm,但不限于此。
其中,非掺杂GaN层3的厚度为1μm~3μm,示例性的为1.4μm、1.8μm、2.2μm、2.5μm或2.8μm,但不限于此。
其中,N型GaN层4的N型掺杂元素为Si或Ge,但不限于此。N型GaN层4的N型掺杂浓度为5×1018cm-3~5×1019cm-3,厚度为1μm~3μm,示例性的为1.5μm、1.7μm、2.3μm或2.5μm,但不限于此。
其中,电子阻挡层6为AlGaN层或InAlGaN层,但不限于此。优选的为AlGaN层。电子阻挡层6的厚度为30nm~100nm,示例性的为40nm、50nm、60nm、70nm、80nm或90nm,但不限于此。
其中,P型GaN层7中的P型掺杂元素为Mg、Be或Zn,但不限于此。优选的为Mg。P型GaN层7中P型掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1021cm-3。P型GaN层7的厚度为20nm~50nm,示例性的为22nm、24nm、30nm、40nm或45nm,但不限于此。
相应的,参考图4,本发明还提供了一种发光二极管外延片的制备方法,用于制备上述的发光二极管外延片,其具体包括以下步骤:
S1:提供衬底;
S2:在衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层;
具体的,步骤S2包括:
S21:在衬底生长缓冲层;
其中,可通过PVD、MOCVD、MBE或VPE生长缓冲层,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例之中,通过PVD生长AlN层,作为缓冲层。
S22:在缓冲层上生长非掺杂GaN层;
其中,可通过PVD、MOCVD、MBE或VPE生长非掺杂GaN层,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例之中,通过MOCVD生长非掺杂GaN层。其生长温度为1100℃~1150℃,生长压力为100torr~500torr。
S23:在非掺杂GaN层上生长N型GaN层;
其中,可通过MOCVD、MBE或VPE生长N型GaN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N型GaN层,其生长温度为1100℃~1150℃,生长压力为100torr~500torr。
S24:在N型GaN层上生长有源层;
具体的,周期性生长量子阱层和量子垒层,直至得到有源层。
具体的,每个量子阱层的制备方法为:
(i)生长第一WS2层;
其中,可通过CVD或PVT生长第一WS2层,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例之中,通过CVD生长第一WS2层,其生长温度为800℃~950℃,生长时,钨源和硫源的摩尔比为1:(1~3),以Ar和H2的混合气体作为载气,且Ar与H2的体积比为1:(1~5)。基于这种条件生长得到的第一WS2层中WS2晶体为单晶结构,且取向一致,具有良好的热稳定性和化学稳定性。具体的,硫源可选用硫代硫酸钠,但不限于此。钨源可选用二硫化钨,但不限于此。
(ii)在第一WS2层上生长InxGa1-xN薄层;
其中,可通过MOCVD、MBE或VPE生长InxGa1-xN薄层,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InxGa1-xN薄层,其生长温度≤780℃,由于本发明采用了第一WS2层、第二WS2层夹InxGa1-xN薄层的结构,InxGa1-xN薄层的晶体质量较高,故采用较低的生长温度,优化In的并入效率。具体的,InxGa1-xN薄层的生长温度为760℃~780℃,生长压力为50torr~300torr,V/III比为2000~3000。
(iii)在InxGa1-xN薄层上生长第二WS2层;
具体的,第二WS2层的生长条件与第一WS2层相同。
其中,每个量子垒层的制备方法为:
(I)在量子阱层上生长第一BN层;
其中,可通过MOCVD、CVD或MBE生长第一BN层,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例之中,通过MOCVD生长第一BN层,其生长温度为1150℃~1300℃,生长压力为50torr~300torr,V/III为800~2000。由于引入了第一WS2层、第二WS2层,有效地保护了InxGa1-xN薄层,故第一BN层可采用较高的生长温度,提升了晶体质量,提升了量子局域化效应,提升了发光效率。
(II)在第一BN层上生长P-GaN层;
其中,可通过MOCVD、MBE或VPE生长P-GaN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P-GaN层,其生长温度为900℃~1100℃,生长压力为100torr~300torr。
(III)在P-GaN层上生长第二BN层;
具体的,第二BN层的生长条件与第一BN层相同。
S25:在有源层上生长电子阻挡层;
其中,可通过MOCVD、MBE或VPE生长电子阻挡层,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AlGaN层,作为电子阻挡层,其生长温度为1000℃~1100℃,生长压力为100torr~300torr。
S26:在电子阻挡层上生长P型GaN层;
其中,可通过MOCVD、MBE或VPE生长P型GaN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P型GaN层,其生长温度为900℃~1000℃,生长压力为100torr~300torr。
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3,本实施例提供一种发光二极管外延片,其包括衬底1,依次层叠于衬底1上的缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、有源层5、电子阻挡层6和P型GaN层7。
其中,衬底1为蓝宝石衬底,缓冲层2为AlN层,其厚度为45nm。非掺杂GaN层3的厚度为1.8μm。N型GaN层4的掺杂元素为Si,掺杂浓度为3.5×1019cm-3,其厚度为2.4μm。
其中,有源层5为周期性结构,周期数为10,每个周期均包括依次层叠的量子阱层和量子垒层。每个量子阱层均包括依次层叠的第一WS2层511、InxGa1-xN薄层512(x=0.32)和第二WS2层;第一WS2层511、第二WS2层513的厚度均为1.2nm,InxGa1-xN薄层512的厚度为2.4nm。每个量子垒层52均包括依次层叠的第一BN层521、P-GaN层522和第二BN层523,第一BN层521、第二BN层523的厚度均为4.5nm。P-GaN层522中P型掺杂元素为Mg,掺杂浓度为9×1018cm-3,厚度为3nm。
其中,电子阻挡层6为AlGaN层,其厚度为65nm。P型GaN层7的掺杂元素为Mg,其掺杂浓度3×1020cm-3,其厚度为25nm。
本实施例中发光二极管外延片的制备方法包括以下步骤:
(1)提供衬底。
(2)在衬底上生长缓冲层;
其中,通过PVD生长AlN层,作为缓冲层;
(3)在缓冲层上生长非掺杂GaN层;
其中,通过MOCVD生长非掺杂GaN层。其生长温度为1110℃,生长压力为300torr。
(4)在非掺杂GaN层上生长N型GaN层;
其中,通过MOCVD生长N型GaN层,其生长温度为1130℃,生长压力为300torr。
(5)在N型GaN层上生长有源层;
其中,周期性生长量子阱层和量子垒层,直至得到有源层。
(i)生长第一WS2层;
其中,通过CVD生长第一WS2层,其生长温度为880℃,生长时,钨源和硫源的摩尔比为1:2.3,以Ar和H2的混合气体作为载气,且Ar与H2的体积比为1:3。
(ii)在第一WS2层上生长InxGa1-xN薄层;
其中,通过MOCVD生长InxGa1-xN薄层,其生长温度为770℃,生长压力为200torr,V/III比为2400。
(iii)在InxGa1-xN薄层上生长第二WS2层;
具体的,第二WS2层的生长条件与第一WS2层相同。
其中,每个量子垒层的制备方法为:
(I)在量子阱层上生长第一BN层;
其中,通过MOCVD生长第一BN层,其生长温度为1200℃,生长压力为200torr,V/III为1000。
(II)在第一BN层上生长P-GaN层;
其中,通过MOCVD生长P-GaN层,其生长温度为1020℃,生长压力为200torr。
(III)在P-GaN层上生长第二BN层;
具体的,第二BN层的生长条件与第一BN层相同。
(6)在有源层上生长电子阻挡层;
其中,通过MOCVD生长AlGaN层,作为电子阻挡层。电子阻挡层的生长温度为1050℃,生长压力为200torr。
(7)在电子阻挡层上生长P型GaN层;
其中,通过MOCVD生长P型GaN层。其生长温度为950℃,生长压力为200torr。
实施例2
本实施例提供一种发光二极管外延片,其与实施例1的区别在于,第一WS2层511、第二WS2层513的厚度均为0.85nm。
其余均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种发光二极管外延片,其与实施例2的区别在于,第一BN层521、第二BN层523的厚度均为2.5nm,P-GaN层的厚度为7nm。
其余均与实施例2相同。
实施例4
本实施例提供一种发光二极管外延片,其与实施例3的区别在于,InxGa1-xN薄层512的厚度为1.8nm。
其余均与实施例3相同。
实施例5
本实施例提供一种发光二极管外延片,其与实施例4的区别在于,P-GaN层522的掺杂浓度为5×1018cm-3
其余均与实施例4相同。
对比例1
本对比例提供一种发光二极管外延片,其与实施例1的区别在于,量子阱层为InGaN层,其In组分占比为0.3,厚度为3nm。量子垒层为GaN层,厚度为12nm。
量子阱层的生长温度为820℃,生长压力为300torr;量子垒层的生长温度为930℃,生长压力为300torr。
其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种发光二极管外延片,其与实施例1的区别在于,不包括第一WS2层和第二WS2层,相应的,制备方法中也不包括该两层的制备步骤,其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种发光二极管外延片,其与实施例1的区别在于,不包括第一BN层和第二BN层,相应的,制备方法中也不包括该两层的制备步骤,其余均与实施例1相同。
对比例4
本对比例提供一种发光二极管外延片,其与实施例1的区别在于,不包括P-GaN层,相应的,制备方法中也不包括该层的制备步骤,其余均与实施例1相同。
对比例5
本对比例提供一种发光二极管外延片,其与实施例1的区别在于,量子垒层包括依次层叠的第一BN层、GaN层和第二BN层。其中,第一BN层和第二BN层的厚度为4.5nm。GaN层的厚度为3nm。第一BN层和第二BN层均通过MOCVD生长,其生长温度为1200℃,生长压力为200torr,V/III为1000。GaN层通过MOCVD生长,生长温度为820℃,生长压力为300torr;量子垒层的生长温度为930℃,生长压力为300torr。
其余均与实施例1相同。
采用实施例1~实施例5,对比例1~对比例5的方法各生长发光二极管外延片10片,测试发光亮度。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,当将传统的有源层(对比例1)替换为本发明的有源层(实施例1)后,提升了发光二极管外延片的发光亮度。
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)

1.一种发光二极管外延片,包括衬底,依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层;其特征在于,所述有源层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层;每个所述量子阱层均包括依次层叠的第一WS2层、InxGa1-xN薄层和第二WS2层;每个所述量子垒层均包括依次层叠的第一BN层、P-GaN层和第二BN层;
其中,x≥0.24,所述InxGa1-xN薄层的厚度≤2.5nm。
2.如权利要求1所述的发光二极管外延片,其特征在于,所述第一WS2层的厚度为0.7nm~1nm,所述第二WS2层的厚度为0.7nm~1nm。
3.如权利要求1所述的发光二极管外延片,其特征在于,所述第一BN层的厚度为2nm~4nm,所述第二BN层的厚度为2nm~4nm。
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P-GaN层的厚度为3nm~10nm;
所述P-GaN层的P型掺杂元素为Mg,掺杂浓度为5×1017cm-3~8×1018cm-3
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InxGa1-xN薄层的厚度为1nm~2nm,x为0.28~0.4。
6.一种发光二极管外延片的制备方法,用于制备如权利要求1~5任一项所述的发光二极管外延片,其特征在于,包括:
提供衬底,在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层;
所述有源层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层;每个所述量子阱层均包括依次层叠的第一WS2层、InxGa1-xN薄层和第二WS2层;每个所述量子垒层均包括依次层叠的第一BN层、P-GaN层和第二BN层;其中,x≥0.24,所述InxGa1-xN薄层的厚度≤2.5nm;
所述InxGa1-xN薄层的生长温度≤780℃。
7.如权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法,其特征在于,所述InxGa1-xN薄层的生长温度为760℃~780℃,生长压力为50torr~300torr,V/III比为2000~3000。
8.如权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法,其特征在于,所述第一WS2层的生长温度为800℃~950℃,生长时,钨源和硫源的摩尔比为1:1~1:3,以Ar和H2的混合气体作为载气,且Ar与H2的体积比为1:1~1:5;
所述第二WS2层的生长温度为800℃~950℃,生长时,钨源和硫源的摩尔比为1:1~1:3,以Ar和H2的混合气体作为载气,且Ar与H2的体积比为1:1~1:5。
9.如权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法,其特征在于,所述第一BN层的生长温度为1150℃~1300℃,生长压力为50torr~300torr,V/III比为800~2000;
所述P-GaN层的生长温度为900℃~1100℃,生长压力为100torr~300torr;
所述第二BN层的生长温度为1150℃~1300℃,生长压力为50torr~300torr,V/III比为800~2000。
10.一种发光二极管,其特征在于,包括如权利要求1~5任一项所述的发光二极管外延片。
CN202310961331.0A 2023-08-02 2023-08-02 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 Active CN116705937B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310961331.0A CN116705937B (zh) 2023-08-02 2023-08-02 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310961331.0A CN116705937B (zh) 2023-08-02 2023-08-02 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116705937A true CN116705937A (zh) 2023-09-05
CN116705937B CN116705937B (zh) 2023-10-20

Family

ID=87826034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310961331.0A Active CN116705937B (zh) 2023-08-02 2023-08-02 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116705937B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118016774A (zh) * 2024-04-10 2024-05-10 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

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103985796A (zh) * 2013-02-05 2014-08-13 国际商业机器公司 电子器件
EP3432364A1 (en) * 2017-07-19 2019-01-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Photoelectric conversion element and optical sensor including the same
US20190356114A1 (en) * 2018-05-17 2019-11-21 Wisconsin Alumni Research Foundation Superlattice heterostructures formed with single crystalline semiconductor nanomembranes and amorphous tunneling barrier layers
WO2021249291A1 (zh) * 2020-06-11 2021-12-16 华灿光电(苏州)有限公司 发光二极管外延片及其生长方法、发光二极管芯片
CN115377259A (zh) * 2022-10-26 2022-11-22 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
CN115954422A (zh) * 2023-02-16 2023-04-11 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
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

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103985796A (zh) * 2013-02-05 2014-08-13 国际商业机器公司 电子器件
EP3432364A1 (en) * 2017-07-19 2019-01-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Photoelectric conversion element and optical sensor including the same
US20190356114A1 (en) * 2018-05-17 2019-11-21 Wisconsin Alumni Research Foundation Superlattice heterostructures formed with single crystalline semiconductor nanomembranes and amorphous tunneling barrier layers
WO2021249291A1 (zh) * 2020-06-11 2021-12-16 华灿光电(苏州)有限公司 发光二极管外延片及其生长方法、发光二极管芯片
CN115377259A (zh) * 2022-10-26 2022-11-22 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
CN115954422A (zh) * 2023-02-16 2023-04-11 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
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
于远方;缪峰;何军;倪振华;: "Photodetecting and light-emitting devices based on two-dimensional materials", CHINESE PHYSICS B, no. 03 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118016774A (zh) * 2024-04-10 2024-05-10 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

Also Published As

Publication number Publication date
CN116705937B (zh) 2023-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115377259B (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN116314514B (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、led
CN116666512A (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN116093223B (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN217641376U (zh) 一种led外延片及led芯片
CN116581210B (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN113690350B (zh) 微型发光二极管外延片及其制造方法
CN116705937B (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN116387420A (zh) 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN116169216A (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN116093220A (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN116914043A (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN111293198A (zh) 氮化铝系发光二极管结构及其制作方法
CN117393667B (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、led
CN117393671B (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN116487493A (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、led芯片
CN116682914A (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管外延片
CN116504894A (zh) GaN基LED外延片及其生长工艺、LED
CN116435422A (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、led
CN115986022A (zh) 深紫外led外延片及其制备方法、深紫外led
CN113571615B (zh) 改善欧姆接触的发光二极管外延片及其制造方法
CN116454179B (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN116825917B (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN116581219B (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN117810324B (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管

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