发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管与流程

    专利2025-06-20  19


    本发明涉及半导体,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:

    1、gan基led具有较大的禁带宽度、优良的击穿电压等属性,已经广泛运用在大功率器件中。但在led外延生长过程中,外延层与衬底之间存在较大的晶格失配和热失配,导致后续生长的外延层的晶体质量进一步降低,从而影响光电性能。

    2、现有的si衬底gan基led外延生长过程中,通常先在衬底上生长aln缓冲层,阻挡si衬底与gan外延层之间的回融刻蚀,但是aln缓冲层与衬底之间仍存在较大的晶格失配和热失配,会产生大量的位错,同时gan外延层还会受到大的张应力;此外,由于衬底也会带来电子的迁移,从而产生漏电通道,严重降低了gan基led的外延质量及led器件的性能。


    技术实现思路

    1、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,能够减少由衬底带来的漏电通道及衬底与gan的晶格失配带来的缺陷,从而提高发光效率。

    2、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,工艺简单,制得的发光二极管外延片发光效率高。

    3、为达到上述技术效果,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复合缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层和p型gan层,所述复合缓冲层包括第一缓冲层和第二缓冲层,所述第一缓冲层包括依次层叠的ga2o3层和(alga)2o3层,所述第二缓冲层包括周期性交替层叠的第一gan层和第二gan层,所述第一gan层和第二gan层均为二维gan层。

    4、作为上述技术方案的改进,所述ga2o3层的厚度为1nm~10nm;

    5、所述(alga)2o3层的厚度为10nm~100nm。

    6、作为上述技术方案的改进,所述(alga)2o3层的al组分占比为0.1~0.4。

    7、作为上述技术方案的改进,所述第一gan层为mg掺杂的gan层,厚度为5nm~10nm,mg掺杂浓度为1×1015cm-3~1×1016cm-3;所述第二gan层的厚度为5nm~10nm。

    8、作为上述技术方案的改进,所述第二缓冲层的生长周期为5~8。

    9、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,包括以下步骤:

    10、提供一衬底,在所述衬底上依次生长复合缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层和p型gan层,所述复合缓冲层包括第一缓冲层和第二缓冲层,所述第一缓冲层包括依次层叠的ga2o3层和(alga)2o3层,所述第二缓冲层包括周期性交替层叠的第一gan层和第二gan层,所述第一gan层和第二gan层均为二维gan层。

    11、作为上述技术方案的改进,采用pld生长所述ga2o3层,所述ga2o3层的生长温度为600℃~650℃,生长压力为10-5mbar~10-2mbar,激光脉冲频率为2hz~3hz,激光能量密度为1.5j/cm2~2.5j/cm2。

    12、作为上述技术方案的改进,采用pld生长所述(alga)2o3层,所述(alga)2o3层的生长温度为610℃~800℃,生长压力为10-5mbar~10-2mbar,激光脉冲频率为2hz~3hz,激光能量密度为1.5j/cm2~2.5j/cm2。

    13、作为上述技术方案的改进,采用mocvd生长所述第二缓冲层,所述第二缓冲层的生长温度为800℃~1000℃,生长压力为200torr~300torr。

    14、相应的,本发明还公开了一种发光二极管,包括上述的发光二极管外延片。

    15、实施本发明实施例,具有如下有益效果:

    16、本发明的复合缓冲层包括第一缓冲层和第二缓冲层,第一缓冲层中的(alga)2o3层具有较高的禁带宽度,可以有效阻止电子迁移,从而减少漏电通道,ga2o3层可以提高(alga)2o3层的结晶质量及避免多晶的产生,第一缓冲层还阻止了nh3与si衬底发生反应及ga与si衬底的回熔刻蚀现象,提高了gan外延层晶体质量;第二缓冲层的二维结构为进一步的生长提供了平整的成核表面,减少其成核生长的接触角,使岛状生长的gan晶粒在较小的厚度内能连成面,转变为二维外延生长,提高了后续沉积gan外延层的晶体质量,超晶格结构可以在界面不断扭转位错的方向,从而相交,降低外延层位错密度,提高gan外延层晶体质量,降低缺陷导致非辐射复合,提升发光二极管的发光效率。



    技术特征:

    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复合缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层和p型gan层,所述复合缓冲层包括第一缓冲层和第二缓冲层,所述第一缓冲层包括依次层叠的ga2o3层和(alga)2o3层,所述第二缓冲层包括周期性交替层叠的第一gan层和第二gan层,所述第一gan层和第二gan层均为二维gan层。

    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ga2o3层的厚度为1nm~10nm;

    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(alga)2o3层的al组分占比为0.1~0.4。

    4.如权利要求1所述的发光二极管外延片,其特征在于,所述第一gan层为mg掺杂的gan层,厚度为5nm~10nm,mg掺杂浓度为1×1015cm-3~1×1016cm-3;所述第二gan层的厚度为5nm~10nm。

    5.如权利要求1或4所述的发光二极管外延片,其特征在于,所述第二缓冲层的生长周期为5~8。

    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,包括以下步骤:

    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,采用pld生长所述ga2o3层,所述ga2o3层的生长温度为600℃~650℃,生长压力为10-5mbar~10-2mbar,激光脉冲频率为2hz~3hz,激光能量密度为1.5j/cm2~2.5j/cm2。

    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,采用pld生长所述(alga)2o3层,所述(alga)2o3层的生长温度为610℃~800℃,生长压力为10-5mbar~10-2mbar,激光脉冲频率为2hz~3hz,激光能量密度为1.5j/cm2~2.5j/cm2。

    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,采用mocvd生长所述第二缓冲层,所述第二缓冲层的生长温度为800℃~1000℃,生长压力为200torr~300torr。

    10.一种发光二极管,其特征在于,所述发光二极管包括如权利要求1~5中任一项所述的发光二极管外延片。


    技术总结
    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,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复合缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层,所述复合缓冲层包括第一缓冲层和第二缓冲层,所述第一缓冲层包括依次层叠的Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;层和(AlGa)<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;层,所述第二缓冲层包括周期性交替层叠的第一GaN层和第二GaN层,所述第一GaN层和第二GaN层均为二维GaN层。本发明的复合缓冲层能够减少由衬底带来的漏电通道及衬底与GaN的晶格失配带来的缺陷,从而提高发光效率。

    技术研发人员:郑文杰,程龙,高虹,刘春杨,胡加辉,金从龙
    受保护的技术使用者:江西兆驰半导体有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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