一种led外延片、外延生长方法及led芯片
技术领域
1.本发明涉及led技术领域，特别涉及一种led外延片、外延生长方法及led芯片。
背景技术：
2.发光二极管(lightemittingdiode，简称：led)是一种能发光的半导体电子元件，由于其体积小、亮度高、能耗低等特点，吸引了越来越多研究者的注意。作为新型显示技术代表的mini led现如今已经开始得到广泛的应用。
3.但是mini led对产品一致性和可靠性的要求非常高，大小电流一致性是mini led一项重点关注的指标。mini led要求在注入不同大小电流后，其波长的发生变化幅度较小。
4.而现阶段传统的led外延ingan/gan多量子阱生长方法，ingan量子阱和gan量子垒由于ingan与gan晶格常数不匹配，产生的应力导致出现压电极化。自发极化和压电极化的共同作用致使量子阱内部存在很大的电场，导致量子阱的能带倾斜，从而使led的发光波长蓝移。所以在通入电流不同时，波长蓝移量会发生变化，从而导致了不同电流下发光波长变化较大，无法满足mini led需求。尤其是绿光mini led中，由于其量子阱所含in组分更高，量子阱垒层晶格失配更加严重，导致其通入不同大小电流时，波长差异更大。
技术实现要素：
5.基于此，本发明的目的是提供一种led外延片、外延生长方法及led芯片，旨在解决现有mini led芯片通入大小电流下发光波长差距大的问题。
6.根据本发明实施例当中的一种led外延片，包括多量子阱层，所述多量子阱层是由量子阱层和量子垒层交替生长而成的周期性结构，所述量子阱层和所述量子垒层均为ingan层；其中，所述量子垒层的in组分从所述量子垒层的一端向相对的另一端先逐渐减少再逐渐增加。
7.优选地，所述led外延片还包括蓝宝石衬底、gan缓冲层、不掺杂的gan层、掺杂si的n型gan层、应力释放层、电子阻挡层和掺杂mg的p型gan层；所述gan缓冲层、所述不掺杂的gan层、所述掺杂si的n型gan层、所述应力释放层、所述多量子阱层、所述电子阻挡层和所述掺杂mg的p型gan层依次外延生长在所述蓝宝石衬底上。
8.优选地，所述gan缓冲层的厚度为15～35nm，所述不掺杂的gan层的厚度为800～1200nm，所述掺杂si的n型gan层的厚度约为1～3um，所述量子阱层的厚度为3～5nm，所述量子垒层的厚度为8～12nm，所述电子阻挡层的厚度为20~60nm，所述掺杂mg的p型gan层的厚度为80~200nm。
9.优选地，所述电子阻挡层为algan层和ingan层交替生长而成的周期性结构，所述应力释放层为gan层和ingan层交替生长的周期性结构。
10.根据本发明实施例当中的一种led外延片的外延生长方法，用于制备上述的led外
延片，所述外延生长方法包括：在生长量子垒层时，控制in组分的通入流量先逐渐减少再逐渐增加。
11.优选地，所述外延生长方法还包括：提供一生长所需的蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上依次外延生长gan缓冲层、不掺杂gan层、掺杂si的n型gan层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层和掺杂mg的p型gan层。
12.优选地，在生长量子垒层时，控制in组分的通入流量先逐渐减少再逐渐增加的步骤包括：在生长量子垒层时，控制in组分的通入流量由第一流量逐渐减小至第二流量，生长得到第一量子垒层，再控制in组分的通入流量由第二流量逐渐增大至第一流量，生长得到第二量子垒层；所述第一量子垒层和所述第二量子垒层的厚度相等，所述量子垒层由所述第一量子垒层和所述第二量子垒层组成。
13.优选地，所述第一流量为量子阱层in组分的10%~30%；所述第二流量为所述第一流量的10%~50%。
14.优选地，所述多量子阱层的生长压力为100～500torr，所述量子阱层的生长温度为720～800℃，所述量子垒层的生长温度为830～930℃。
15.根据本发明实施例当中的一种led芯片，包括上述的led外延片。
16.与现有技术相比：通过使用ingan量子垒层，与传统的gan量子垒相比，本发明中ingan量子垒与ingan量子阱有更好的晶格匹配，减少了阱垒层之间严重的晶格失配问题，提高界面平整度，从而减小能带倾斜，减小了绿光发光波长的蓝移量，减小了通入不同大小电流时产生的发光波长差。此外，本发明采用in组分先渐变减小再渐变增加的量子垒层生长方法，使得量子垒在接近高in含量的量子阱层的区域的in含量较高，尽可能减小了阱垒接触面的晶格失配；并越靠近量子垒层中心，in组分越低，避免了量子垒层由于高in组分引入过多缺陷，进一步提升了有源区的晶体质量，从而在减小mini led发光波长蓝移量方面有很强的实用效果。
附图说明
17.图1为本发明实施例一当中的led外延片的结构示意图；图2为本发明实施例二当中的led外延片的外延生长方法的流程图。
具体实施方式
18.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明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发明的公开内容更加透彻全面。
19.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。
20.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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。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。
21.实施例一请参阅图1，所示为本发明实施例一中的led外延片，包括蓝宝石衬底1、以及在蓝宝石衬底1上依次外延生长的gan缓冲层2、不掺杂的gan层3、掺杂si的n型gan层4、应力释放层5、多量子阱层6、电子阻挡层7和掺杂mg的p型gan层8。
22.在本实施例当中，多量子阱层6是由量子阱层和量子垒层交替生长而成的周期性结构，量子阱层和量子垒层均为ingan层，其中，量子垒层的in组分从量子垒层的一端向相对的另一端先逐渐减少再逐渐增加。由于量子垒层等外延层的生长过程一般都是从衬底一侧向相对的另一侧逐渐生长，因此可以控制量子垒层生成过程当中的in组合的通入量先逐渐减少再逐渐增加，继而制备得到in组分从一端向相对的另一端先逐渐减少再逐渐增加的量子垒层，即这种量子垒层的in组分呈现中间低两边高。
23.示例而非限定，在本实施例一些较佳实施例当中，gan缓冲层2的厚度为15～35nm，例如为17 nm、25 nm、32 nm等；不掺杂的gan层3的厚度为800～1200nm，例如为900nm、1000nm等；掺杂si的n型gan层4的厚度约为1～3um，例如为1.5um、2um等；应力释放层5可以为gan层和ingan层交替生长的周期性结构，ingan层厚度可以为2-4nm，gan层厚度可以为8-12nm，周期可以是3-10个；量子阱层的厚度为3～5nm，例如为3.5nm、4nm等；量子垒层的厚度为8～12nm，例如为9nm、10nm等；电子阻挡层7为algan层和ingan层交替生长而成的周期性结构，电子阻挡层7的总厚度为20~60nm，例如为30nm、50nm等；掺杂mg的p型gan层8的厚度为80~200nm，例如为90、160nm等。多量子阱层6中量子阱层的交替周期为8～10个，例如为9个，即量子阱层共生长9层。
24.实施例二请参阅图2，所示为本发明实施例二提出的一种led外延片的外延生长方法，用于制备上述实施例一当中的led外延片，所述方法具体包括步骤s201-步骤s208，其中：步骤s201、提供一生长所需的蓝宝石衬底。
25.步骤s202、生长gan缓冲层，其生长厚度约为15～35nm。
26.步骤s203、生长不掺杂的gan层，其生长厚度约为800～1200nm。
27.步骤s204、生长掺杂si的n型gan层，其生长厚度约为1～3微米。
28.步骤s205、交替生长gan层和ingan层，以生长得到应力释放层。
29.步骤s206、交替生长量子阱层和量子垒层，以生长得到多量子阱层。
30.其中，多量子阱层的生长压力为100～500torr，量子阱层的生长温度为720～800℃，量子垒层的生长温度为830～ 930℃。
31.步骤s207、交替生长algan层和ingan层，以生长得到电子阻挡层，电子阻挡层厚度约为20~60nm。
32.步骤s208、生长掺杂mg的p型gan层，其厚度约为80~200nm。
33.此外，所述外延生长方法还包括：在生长量子垒层时，控制in组分的通入流量先逐渐减少再逐渐增加，以生长得到
in组分从量子垒层的一端向相对的另一端先逐渐减少再逐渐增加的量子垒层。
34.更具体地，在生长量子垒层时，控制in组分的通入流量先逐渐减少再逐渐增加的具体步骤包括：在生长量子垒层时，控制in组分的通入流量由第一流量逐渐减小至第二流量，生长得到第一量子垒层，再控制in组分的通入流量由第二流量逐渐增大至第一流量，生长得到第二量子垒层；所述第一量子垒层和所述第二量子垒层的厚度相等，所述量子垒层由所述第一量子垒层和所述第二量子垒层组成。
35.也即，先控制in组分的通入流量由第一流量逐渐减小至第二流量，以生长得到一半量子垒层、之后再控制in组分的通入流量由第二流量逐渐增加至第一流量，以生长得到另一半量子垒层。
36.为了尽可能减小阱垒接触面的晶格失配、同时又尽可能降低引入in组分带来的晶体缺陷，本实施例在生长量子垒层的过程当中对in组分的含量做了严格的控制，具体控制如下：第一流量为量子阱层生长时的in组分的通入流量的10%~30%，第二流量为第一流量的10%~50%。
37.多量子阱层的具体生长过程可以为：先生长3nm左右的inaga1-an量子阱层，再生长量子垒层，生长量子垒层时，先通入第一流量的in组分，生长inbga1-bn层、再由第一流量逐渐减小至第二流量，生长incga1-cn层，再由第二流量增加至第一流量，生长inbga1-bn层。其中a的取值为0.1-0.3，b的取值范围为0.1-0.3a，c的取值范围为0.1-0.5b。
38.综上，本发明实施例当中的led外延片及其外延生长方法，通过使用ingan量子垒层，与传统的gan量子垒相比，本发明中ingan量子垒与ingan量子阱有更好的晶格匹配，减少了阱垒层之间严重的晶格失配问题，提高界面平整度，从而减小能带倾斜，减小了发光波长的蓝移量，减小了通入不同大小电流时产生的发光波长差。此外，本发明采用in组分先渐变减小再渐变增加的量子垒层生长方法，使得量子垒层在接近高in含量的量子阱层的区域的in含量较高，尽可能减小了阱垒接触面的晶格失配；并越靠近量子垒层中心，in组分越低，避免了量子垒层由于高in组分引入过多缺陷，进一步提升了有源区的晶体质量，从而在减小mini led发光波长蓝移量方面有很强的实用效果。
39.实施例三本发明实施例三提供一种led芯片，包括上述实施例一当中的led外延片，所述led外延片可由上述实施例二当中的led外延片的外延生长方法外延生长得到。
40.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。