一种发光二极管的外延片及制备方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107170908 A(43)申请公布日 2017.09.15

(21)申请号 201710369401.8(22)申请日 2017.05.23

(71)申请人 华灿光电（浙江）有限公司

地址 322000 浙江省金华市义乌市苏溪镇

徐丰村（浙江四达工具有限公司内）(72)发明人 丁涛　周飚　胡加辉　　(74)专利代理机构 北京三高永信知识产权代理

有限责任公司 11138

代理人 徐立(51)Int.Cl.

H01L 51/54(2006.01)H01L 51/50(2006.01)H01L 51/56(2006.01)

权利要求书1页 说明书5页 附图4页

(54)发明名称

一种发光二极管的外延片及制备方法(57)摘要

本发明公开了一种发光二极管的外延片及制备方法，属于光电子制造技术领域。该外延片包括衬底以及依次层叠在衬底上的u-GaN层、n型层、发光层和NiO空穴传输层，发光层包括HC(NH2)2PbBr3层，通过在外延片的n型层上依次层叠设置发光层和NiO空穴传输层，电子和空穴在发光层中复合发光，由于发光层包括HC(NH2)

HC(NH2)2PbBr3层替代多量子阱结构作2PbBr3层，

为发光层应用于GaN基LED中，可避免Efficiency droop效应，提高LED器件的发光效率，此外，采用HC(NH2)2PbBr3层发光，相比现有的发光层还具有色域广、色纯度高、功耗低、成本低和易于加工等特点。

CN 107170908 ACN 107170908 A

权　利　要　求　书

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1.一种发光二极管的外延片，其特征在于，所述外延片包括衬底以及依次层叠在所述衬底上的u-GaN层、n型层、发光层和NiO空穴传输层，所述发光层包括HC(NH2)2PbBr3层。

2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述HC(NH2)2PbBr3层的厚度为10nm～300nm。

3.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述NiO空穴传输层的厚度为10nm～100nm。

4.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述外延片还包括GaN缓冲层，所述GaN缓冲层设置在所述衬底和所述u-GaN层之间。

5.一种外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供一衬底；

在所述衬底上依次外延生长u-GaN层和n型层；在所述n型层上形成发光层，所述发光层包括HC(NH2)2PbBr3层；在所述发光层上形成NiO空穴传输层。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述在所述n型层上形成发光层包括：在所述n型层上形成PbBr2薄膜；

将形成有PbBr2薄膜的衬底浸于HC(NH2)2I的异丙醇溶液中，取出所述形成有PbBr2薄膜的衬底，对所述形成有PbBr2薄膜的衬底加热以形成所述HC(NH2)2PbBr3层。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述HC(NH2)2I的异丙醇溶液的浓度为8～12mg/ml。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述在所述n型层上形成PbBr2薄膜包括：

在所述n型层上旋涂PbBr2溶液；加热旋涂有PbBr2溶液的衬底，以在所述n型层上形成所述PbBr2薄膜。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述PbBr2溶液的浓度为0.7～1.2mol/L。

10.根据权利要求5～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述在所述发光层上形成NiO空穴传输层包括：

采用磁控溅射法在所述发光层上形成所述NiO空穴传输层。

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一种发光二极管的外延片及制备方法

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技术领域

[0001]本发明涉及光电子制造技术领域，特别涉及一种发光二极管的外延片及制备方法。

背景技术

[0002]LED(Light Emitting Diode，发光二极管)具有体积小、寿命长、功耗低等优点，目前被广泛应用于汽车信号灯、交通信号灯、显示屏以及照明设备。[0003]现有的LED主要包括衬底和依次层叠在衬底上的n型层、发光层和p型层。[0004]现有的LED的发光层通常是多量子阱结构，例如InGaN基LED的发光层是InGaN/GaN多量子阱。多量子阱结构的LED，随着电流的增大，发光效率会逐渐降低，这种现象被称为Efficiency droop(效率衰退)。目前对这种现象产生的原因的解释是，量子阱层和量子垒层界面间存在的晶格不匹配会产生极化电场，极化电场导致能带发生弯曲，使电子容易从发光层泄漏到p型层，泄漏到p型层的电子与空穴复合时不会发光，电流增大会加剧电子的泄漏，使得发光效率进一步降低。发明内容

[0005]为了解决现有LED在电流增大时发光效率降低的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片及制备方法。所述技术方案如下：[0006]一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片，所述外延片包括衬底以及依次层叠在所述衬底上的u-GaN层、n型层、发光层和NiO空穴传输层，所述发光层包括HC(NH2)2PbBr3层。[0007]优选地，所述HC(NH2)2PbBr3层的厚度为10nm～300nm。[0008]优选地，所述NiO空穴传输层的厚度为10nm～100nm。[0009]可选地，所述外延片还包括GaN缓冲层，所述GaN缓冲层设置在所述衬底和所述u-GaN层之间。[0010]另一方面，本发明实施例还提供了一种外延片的制备方法，所述制备方法包括：[0011]提供一衬底；

[0012]在所述衬底上依次外延生长u-GaN层和n型层；[0013]在所述n型层上形成发光层，所述发光层包括HC(NH2)2PbBr3层；[0014]在所述发光层上形成NiO空穴传输层。[0015]可选地，所述在所述n型层上形成发光层包括：[0016]在所述n型层上形成PbBr2薄膜；

[0017]将形成有PbBr2薄膜的衬底浸于HC(NH2)2I的异丙醇溶液中，取出所述形成有PbBr2薄膜的衬底，对所述形成有PbBr2薄膜的衬底加热以形成所述HC(NH2)2PbBr3层。[0018]可选地，所述HC(NH2)2I的异丙醇溶液的浓度为8～12mg/ml。[0019]可选地，所述在所述n型层上形成PbBr2薄膜包括：

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在所述n型层上旋涂PbBr2溶液；

[0021]加热旋涂有PbBr2溶液的衬底以在所述n型层上形成所述PbBr2薄膜。[0022]可选地，所述PbBr2溶液的浓度为0.7～1.2mol/L。[0023]实现时，所述在所述发光层上形成NiO空穴传输层包括：[0024]采用磁控溅射法在所述发光层上形成所述NiO空穴传输层。[0025]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在外延片的n型层上依次层叠设置发光层和NiO空穴传输层，电子和空穴在发光层中复合发光，由于发光层包括HC(NH2)2PbBr3层，HC(NH2)2PbBr3层替代多量子阱结构作为发光层应用于GaN基LED中，可避免Efficiency droop效应，提高LED器件的发光效率，此外，采用HC(NH2)2PbBr3层发光，相比现有的发光层还具有色域广、色纯度高、功耗低、成本低和易于加工等特点。附图说明

[0026]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0027]图1是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构图；

[0028]图2是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的结构示意图；[0029]图3是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备方法流程图；

[0030]图4是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的制备方法的流程图；[0031]图5～9是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备过程示意图。具体实施方式

[0032]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

[0033]图1是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构图。如图1所示，该外延片包括衬底10以及依次层叠在衬底10上的u-GaN层20、n型层30、发光层40和NiO空穴传输层50，发光层40包括HC(NH2)2PbBr3(有机金属卤化物钙钛矿)。

[0034]本发明实施例通过在外延片的n型层上依次层叠设置发光层和NiO空穴传输层，电子和空穴在发光层中复合发光，由于发光层包括HC(NH2)2PbBr3层，HC(NH2)2PbBr3层替代多量子阱结构作为发光层应用于GaN基LED中，可避免Efficiency droop效应，提高LED器件的发光效率，此外，采用HC(NH2)2PbBr3层发光，相比现有的发光层还具有色域广、色纯度高、功耗低、成本低和易于加工等特点。[0035]优选地，HC(NH2)2PbBr3层的厚度可以为10nm～300nm，若HC(NH2)2PbBr3层太薄，则发出的光过于微弱，若HC(NH2)2PbBr3层太厚，则会增加成本，造成材料的浪费。[0036]优选地，NiO空穴传输层50的厚度为10nm～100nm，若NiO空穴传输层50太薄，则会使得空穴浓度多低，导致发光效率降低，若NiO空穴传输层50太厚，则会增加成本，同时增加对光线的吸收，降低亮度。

[0037]图2是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的结构示意图。如图2所

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示，外延片还可以包括GaN缓冲层60，GaN缓冲层60设置在衬底10和u-GaN层20之间。通过设置缓冲层60可以为外延片的后续生长提供模版，从而减少外延片中的晶格缺陷，提高晶体质量。

[0038]可选地，缓冲层60可以为GaN缓冲层，缓冲层60还可以掺杂，掺杂浓度可以为6E 17cm-3～2E 18cm-3，掺杂杂质可以为Si，以降低缓冲层60的电阻，从而有利于降低LED的正向电压，提高抗静电性。

[0039]GaN缓冲层的厚度可以为20nm～40nm，生长的GaN缓冲层的厚度不同，最终形成的外延层的质量也会不同，若GaN缓冲层的厚度过薄，则会导致GaN缓冲层的表面较为疏松和粗糙，不能为后续结构的生长提供一个好的模板，随着GaN缓冲层厚度的增加，GaN缓冲层的表面逐渐变得较为致密和平整，有利于后续结构的生长，但是若GaN缓冲层的厚度过厚，则会导致GaN缓冲层的表面过于致密，同样不利于后续结构的生长，无法减少外延层中的晶格缺陷。

[0040]实现时，n型层30可以为n型GaN层，厚度可以为1～5μm，n型GaN层的掺杂元素为Si，掺杂浓度可以为1E18cm-3～1E19cm-3。[0041]可选地，u-GaN层20的厚度可以为1μm～5μm，若u-GaN层20的厚度过薄，会增加后续生长的结构中的位错密度，若u-GaN层20的厚度过厚，会增大外延片的正向电阻。[0042]需要说明的是，图1和图2所示的外延片的结构仅为示意，图中所示的各结构的尺寸及比例关系并不用以本发明。

[0043]图3是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备方法流程图。如图3所示，该制备方法包括：[0044]S11：提供一衬底。[0045]在本实施例中，衬底可以选用蓝宝石衬底。[0046]S12：在衬底上依次外延生长u-GaN层和n型层。[0047]S13：在n型层上形成发光层。[0048]S14：在发光层上形成NiO空穴传输层。[0049]其中，发光层包括HC(NH2)2PbBr3层。

[0050]本发明实施例通过在外延片的n型层上依次层叠设置发光层和NiO空穴传输层，电子和空穴在发光层中复合发光，由于发光层包括HC(NH2)2PbBr3层，HC(NH2)2PbBr3层替代多量子阱结构作为发光层应用于GaN基LED中，可避免Efficiency droop效应，提高LED器件的发光效率，此外，采用HC(NH2)2PbBr3层发光，相比现有的发光层还具有色域广、色纯度高、功耗低、成本低和易于加工等特点。

[0051]图4是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的制备方法的流程图，下面结合附图5～9对图4提供的制备方法进行详细说明：[0052]S21：提供一衬底。[0053]实现时，该衬底可以是蓝宝石衬底，蓝宝石衬底是一种常见的衬底，制备工艺较为成熟。

[0054]在步骤S21中，可以对蓝宝石衬底进行预处理，将蓝宝石衬底置于反应腔中，在氢气气氛下对蓝宝石衬底进行退火处理10～15分钟，以清洁衬底的表面。[0055]具体地，退火温度可以为1000～1200℃，退火压力可以为100～300mbar，进行退火

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处理后，还可以对蓝宝石衬底进行氮化处理。[0056]S22：在衬底上外延生长缓冲层。[0057]如图5所示，在衬底10上生长有GaN缓冲层60。[0058]优选地，GaN缓冲层60的生长温度可以为400～600℃，GaN缓冲层60的生长温度过高或过低都会影响GaN缓冲层60的质量，从而导致最终的外延片晶体质量差。[0059]可选地，GaN缓冲层60的生长压力可以为400～600Torr。[0060]实现时，可以将反应腔的温度下降至400～600℃，压力调节为400～600Torr，进行GaN缓冲层60的生长。[0061]进一步地，生长完GaN缓冲层60后，进行原位退火处理，退火温度可以为1000～1200℃，退火时间可以为5～10分钟。[0062]可选地，GaN缓冲层60的厚度为15～35nm。[0063]S23：在缓冲层上生长u-GaN层。[00]如图6所示，在GaN缓冲层60上生长有u-GaN层20。[0065]可选地，u-GaN层20的生长温度可以为1000～1100℃。[0066]实现时，可以将反应腔的温度调节至1000～1100℃，压力调节至100～500Torr，进行u-GaN层20的生长。[0067]可选地，u-GaN层20的厚度为1～5μm。若u-GaN层20的厚度过薄，会增加后续生长的结构中的位错密度，若u-GaN层20的厚度过厚，会增大外延片的正向电阻。[0068]S24：在u-GaN层上生长n型层。[0069]如图7所示，在u-GaN层20上生长有n型GaN层30。[0070]实现时，可以将反应腔的温度调节至1000～1200℃，压力调节至100～500Torr，进行n型GaN层30的生长。[0071]具体地，n型GaN层30的厚度可以为1～5μm。[0072]优选地，n型GaN层30的掺杂元素可以是Si，掺杂浓度可以为1×1018～1×1019cm-3，掺杂浓度过低会使得载流子浓度过小，掺杂浓度过高会降低晶格质量。[0073]S25：在n型层上形成发光层。[0074]如图8所示，在n型GaN层30上形成有发光层40。[0075]具体地，步骤S25可以包括：[0076]在n型层上形成PbBr2薄膜。

[0077]将形成有PbBr2薄膜的衬底浸于HC(NH2)2I的异丙醇溶液中，取出形成有PbBr2薄膜的衬底，对形成有PbBr2薄膜的衬底加热以形成HC(NH2)2PbBr3层。[0078]优选地，HC(NH2)2PbBr3层的厚度可以为10nm～300nm。[0079]实现时，可以在n型层上旋涂PbBr2溶液，加热旋涂有PbBr2溶液的衬底，以在n型层上形成PbBr2薄膜。[0080]具体地，可以采用旋涂法将PbBr2溶液涂覆在n型层上，将旋涂有PbBr2溶液的衬底放置在热板炉上，在70～100℃温度下加热3～6分钟，以蒸发溶剂形成PbBr2薄膜，若加热温度较高，则加热时间则较短，反之若加热温度较低，则加热时间则较长，例如若在70℃下加热，则加热时间可以为6分钟，若在80℃下加热，则加热时间可以为5分钟，若在100℃下加热，则加热时间可以为3分钟。

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优选地，PbBr2溶液的浓度可以为0.7～1.2mol/L，更优选1.0mol/L，若PbBr2溶液的

浓度太低，可能会造成部分n型层的表面上无法形成PbBr2薄膜，若PbBr2溶液的浓度太高，可能会造成形成的PbBr2薄膜太厚。

[0082]PbBr2溶液可以在制作PbBr2薄膜之前配置。具体可以在60～100℃的温度下，将PbBr2粉末溶解于二甲基甲酰胺并搅拌数小时，以形成浓度为0.7～1.2mol/L的PbBr2溶液，优选在100℃的温度下溶解PbBr2粉末，以提高溶解速率，缩短搅拌时间。[0083]可选地，HC(NH2)2I的异丙醇溶液的浓度可以为8～12mg/ml。[0084]在形成PbBr2薄膜后，将冷却后的形成有PbBr2薄膜的衬底浸泡在HC(NH2)2I的异丙醇溶液中6～9分钟，以使PbBr2薄膜与HC(NH2)2I的异丙醇溶液充分反应。[0085]优选地，在浸泡后，还可以对浸泡后的衬底进行甩干，以去除多余的HC(NH2)2I的异丙醇溶液。

[0086]进一步地，将浸泡后的衬底甩干后，可以将甩干后的衬底放置在热板炉上，在120～160℃温度下加热12～17分钟，以形成致密平整的HC(NH2)2PbBr3层。[0087]S26：在发光层上形成NiO空穴传输层。[0088]如图9所示，在发光层40上形成有NiO空穴传输层50。[00]具体地，NiO空穴传输层50的厚度可以为10nm～100nm。[0090]实现时，可以采用磁控溅射法在发光层40上形成NiO空穴传输层50。[0091]在进行NiO空穴传输层50的制作时，可以控制反应腔内的气压为1Pa～10Pa，氩气的流量可以为10～50sccm，氧气的流量可以为1～10sccm，温度可以为室温，即制作外延片时的场所的室内环境温度。[0092]可选地，可以控制溅射的功率为100～200W，时间为0.5～2小时，以在发光层40上形成10nm～100nm的NiO空穴传输层50。形成的NiO空穴传输层50的厚度与溅射的功率和时间有关，在功率相同的情况下，时间越长，则形成的NiO空穴传输层50的厚度越厚，在时间相同的情况下，功率越大，则形成的NiO空穴传输层50的厚度越厚。[0093]在完成步骤S26后还可以对外延片进行后续加工，以完成LED芯片的制作。[0094]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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