CN217522030U - 高光效led外延片以及led芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高光效LED外延片以及LED芯片，LED外延片由下至上依次包括衬底基板、保护层、扩展层、过渡层、第一半导体层、有源发光层以及第二半导体层，过渡层、第一半导体层、有源发光层以及第二半导体层的相同一侧形成一粗糙斜面，过渡层包括第一过渡子层以及第二过渡子层，第一过渡子层层叠于保护层上，第二过渡子层层叠于第一过渡子层上。本实用新型提出的高光效LED外延片，通过第一过渡子层以及第二过渡子层能够减少外延层与衬底的位错密度，能够提高LED外延片的内量子效率，进而提高LED的发光效率，同时设置粗糙斜面能够增加有源发光层发射光线的出射，进而在整体上极大地提高LED的发光效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及芯片制作技术领域，特别涉及一种高光效LED外延片以及 LED芯片。
背景技术
近年来，LED产品因其节能、环保、寿命长、响应速度快等优点而在白光照明、显示屏、紫外消毒等行业显现出巨大的优势。伴随着全球能源危机的到来，节能环保的理念深入人心。
随着LED产品的不断普及，人们对于LED的发光效率的要求也越来越高。目前GaN基LED的内量子效率的可提升空间已越来越小，因而一般通过提高光提取效率来提高LED的外量子效率，进而在整体上提高LED的发光效率。
然而，由于GaN和空气的折射率相差过大，因此GaN基LED的有源区中发射出的光线在经过GaN与空气的界面时易发生全发射，大部分光在LED外延层中经过多次反射最终被LED吸收转化成了热能，从而导致LED的光提取效率的低下。
实用新型内容
基于此，本实用新型提供一种高光效LED外延片，目的在于通过生长特定结构的外延层，形成利于有源区光线出射的粗糙斜面，以提高LED的外量子效率，进而在整体上提高LED的光提取效率。
一种高光效LED外延片，所述LED外延片由下至上依次包括衬底基板、保护层、扩展层、过渡层、第一半导体层、有源发光层以及第二半导体层，其中；
所述过渡层、所述第一半导体层、所述有源发光层以及所述第二半导体层的相同一侧形成一粗糙斜面，所述过渡层包括第一过渡子层以及第二过渡子层，所述第一过渡子层层叠于所述保护层上，所述第二过渡子层层叠于所述第一过渡子层上。
综上，根据上述的高光效LED外延片，由于扩展层、第一过渡子层、第二过渡子层、第一半导体层、有源发光层以及第二半导体层的晶体质量差异，在斜面腐蚀过程中，有利于形成粗糙斜面，通过在过渡层、第一半导体层、有源发光层以及第二半导体层的相同一侧形成一粗糙斜面，能够增加有源发光层发射光线的出射，以提高LED的外量子效率，进而在整体上提高LED的发光效率，通过设置第一过渡子层以及第二过渡子层，能够减少外延层与衬底的位错密度，提高后续外延层的晶体生长质量，能够提高LED外延片的内量子效率，进一步提高LED的发光效率，解决了传统GaN基LED的光提取率较低的问题。此外，通过设置一保护层，能够避免在斜面腐蚀过程中衬底的剥落，避免过腐蚀，起到保护衬底的作用。
进一步地，所述第一过渡子层为ALGaN层和BGaN层重复交叠组成的周期性复合结构，周期数为3～10。
进一步地，所述第二过渡子层为生长停顿层。
进一步地，所述扩展层为GaN半导体层，所述GaN半导体层的厚度为 1000-5000nm。
进一步地，所述第一半导体层为掺Si的N型GaN层，所述N型GaN层的厚度为1000-2500nm。
进一步地，所述第二半导体层为掺Mg的P型GaN层，所述p型氮化镓层生长温度为700-1100℃，生长压力为100-400torr。
进一步地，所述有源发光层为多量子阱层，所述多量子阱层包括InGaN量子阱层和GaN量子垒层，所述多量子阱层的周期为3～20。
进一步地，所述InGaN量子阱层的In组分占比为0.2-0.5，InGaN量子阱层的厚度为3-7nm，所述GaN量子垒层的厚度为5-11nm。
进一步地，所述衬底基板至少由Al2O3、Si或SiC中的一种材料制成。
本实用新型另一方面还提供一种LED芯片，该LED芯片包括如上述的LED 外延片。
附图说明
图1为本实用新型一实施例中的高光效LED外延片的结构示意图。
主要元件符号说明：
1、衬底基板，2、保护层，3、扩展层，4、过渡层，5、第一半导体层，6、有源发光层，7、第二半导体层。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，所示为本实用新型第一实施例中的高光效LED外延片的结构示意图，该LED外延片由下至上依次包括衬底基板1、保护层2、扩展层3、过渡层4、第一半导体层5、有源发光层以及第二半导体层7，其中：
过渡层4、第一半导体层5、有源发光层以及第二半导体层7的相同一侧形成一粗糙斜面，通过在外延片的一侧腐蚀出一粗糙斜面，能够增加有源发光层6 发射光线的出射，以提高LED的外量子效率。
进一步地，过渡层4包括第一过渡子层以及第二过渡子层，第一过渡子层层叠于保护层2上，第二过渡子层层叠于第一过渡子层上，在本实施例中，第一过渡子层为ALGaN层和BGaN层重复交叠组成的周期性复合结构，周期数为 3～10，由于B原子晶格较小，B原子的加入可以填补晶格间的空位，产生位错较少，而AL原子的加入可以缓解与衬底基板1间的晶格失配,减少翘曲变化。第二过渡子层为生长停顿层，保持生长温度和压力不变，只通入载气和NH3对第一过渡子层表面进行处理20-40S，进而形成生长停顿层。一方面是生长停顿过程中，可以释放一定的应力，减小翘曲；另一方面是让第一过渡子层中的AL 原子和B原子有足够的时间扩散均匀，表面平整度进一步增加，从而提高外延层的晶体生长质量，提高内量子效率，进而提高LED的发光效率。
保护层2为SiO2，其采用PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)的方法在衬底基板1上沉积的一层100-400nm厚的SiO2，通过设置一保护层2，能够避免在斜面腐蚀过程中衬底的剥落，避免过腐蚀，起到保护衬底基板1的作用。
扩展层3为GaN半导体层，其通过MOCVD反应炉形成，GaN半导体层的厚度一般为1000-5000nm，例如，2000nm、3000nm、4000nm等等，MOCVD 反应炉的生长压力参数为100-400torr，生长温度参数为900-1300℃；利用衬底基板1与GaN之间因晶格失配和热适配产生的应力可以使得扩展层3的位错和缺陷密度较大，扩展层3更易被腐蚀液腐蚀，从而可以将LED芯片的侧壁腐蚀成一个斜面。
优选的，衬底基板1至少由Al2O3、Si或SiC中的一种材料制成，在本实施例中选用Al2O3材料制成衬底基板1，以提高LED芯片的散热能力。
第一半导体层5为掺Si的N型GaN层；采用高纯度的N2和H2作为载气将反应物TMGa、SiH4和NH3带入反应室中，反应温度为1000-1200℃，反应室压力为100-300torr，N型GaN层的厚度为1000-2500nm，例如，1000nm，1500nm 等等，n型掺杂来源于SiH4，该层作用是提供电子。
有源发光层6为多量子阱层，多量子阱层包括InGaN量子阱层和GaN量子垒层，多量子阱层的周期为3～20，InGaN量子阱层生长时通入N2作为载气， GaN量子垒层生长时通入N2和NH3作为载气，阱层的厚度为3-7nm，垒层的厚度为5-11nm，InGaN量子阱层的In组分占比为0.2-0.5，生长压力为100-300torr，生长温度为700-800℃。GaN量子垒层的生长压力为100-300torr，生长温度为700-900℃。InGaN/GaN多量子阱层为电子和空穴发生辐射复合释放出光子的区域。
第二半导体层7为掺Mg的P型GaN层，制得第二半导体层7的反应物为 Cp2Mg、TEGa、NH3，载气为高纯度N2和H2。p型氮化镓层生长温度为 700-1100℃，生长压力为100-400torr。由于扩展层3、第一过渡子层、第二过渡子层、第一半导体层5、有源发光层以及第二半导体层7的晶体质量差异，在斜面腐蚀过程中，有利于形成粗糙斜面，因为因外延层的腐蚀速率与外延层的晶体质量强相关，质量越差，腐蚀越快，从而有利于形成粗糙斜面。
综上，根据上述的高光效LED外延片，由于扩展层、第一过渡子层、第二过渡子层、第一半导体层、有源发光层以及第二半导体层的晶体质量差异，在斜面腐蚀过程中，有利于形成粗糙斜面，通过在过渡层、第一半导体层、有源发光层以及第二半导体层的相同一侧形成一粗糙斜面，能够增加有源发光层发射光线的出射，以提高LED的外量子效率，进而在整体上提高LED的发光效率，通过设置第一过渡子层以及第二过渡子层，能够减少外延层与衬底的位错密度，提高后续外延层的晶体生长质量，能够提高LED外延片的内量子效率，进一步提高LED的发光效率，解决了传统GaN基LED的光提取率较低的问题。此外，通过设置一保护层，能够避免在斜面腐蚀过程中衬底的剥落，避免过腐蚀，起到保护衬底的作用。
本实用新型还提供一种LED芯片，在本实施例中，该LED芯片包括上述实施例中的高光效LED外延片的所有结构，因此具有上述实施例中LED外延片的所有优点，在此不再重复说明。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种高光效LED外延片，其特征在于，所述LED外延片由下至上依次包括衬底基板、保护层、扩展层、过渡层、第一半导体层、有源发光层以及第二半导体层，其中；
所述过渡层、所述第一半导体层、所述有源发光层以及所述第二半导体层的相同一侧形成一粗糙斜面，所述过渡层包括第一过渡子层以及第二过渡子层，所述第一过渡子层层叠于所述保护层上，所述第二过渡子层层叠于所述第一过渡子层上。
2.根据权利要求1所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述第一过渡子层为ALGaN层和BGaN层重复交叠组成的周期性复合结构，周期数为3～10。
3.根据权利要求2所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述第二过渡子层为生长停顿层。
4.根据权利要求1所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述扩展层为GaN半导体层，所述GaN半导体层的厚度为1000-5000nm。
5.根据权利要求1所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述第一半导体层的厚度为1000-2500nm。
6.根据权利要求1所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述有源发光层为多量子阱层，所述多量子阱层包括InGaN量子阱层和GaN量子垒层，所述多量子阱层的周期为3～20。
7.根据权利要求6所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述InGaN量子阱层的厚度为3-7nm，所述GaN量子垒层的厚度为5-11nm。
8.根据权利要求1所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述衬底基板至少由Al2O3、Si或SiC中的一种材料制成。
9.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括权利要求1-8任一项所述的高光效LED外延片。
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| CN202220851402.2U CN217522030U (zh) | 2022-04-13 | 2022-04-13 | 高光效led外延片以及led芯片 |
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|---|---|---|---|---|
| CN116130570A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-05-16 | 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 |
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| CN116130570A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-05-16 | 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 |
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