发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管与流程

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：

1、目前，gan基发光二极管已经大量应用于固态照明领域以及显示领域，吸引越来越多的人关注。外延结构对发光二极管的光电性能具有很大影响。传统的发光二极管外延片包括：衬底，以及在衬底上依次生长的形核层、本征gan层、n-gan层、多量子阱层、电子阻挡层、p-gan层。相比于蓝光，黄绿光过高的in组分使得ingan/gan多量子阱层的晶体质量恶化，导致发光二极管在长波波段（大于530nm）的发光效率大幅下降。现有发光二极管v型坑层为低温生长的ingan/gan重复层叠的超晶格结构，v型坑侧壁面呈v型贯穿于整个有源区，因其特殊的几何结构，空穴很容易通过v型侧壁注入至更深的发光量子阱中，可以降低工作电压和改善电子与空穴空间上的不均匀分布，增加发光效率。但目前v型坑层还存在以下问题：v型坑是沿着底层的线位错产生的，其本身就是一种天然的漏电通道，会影响发光二极管的抗静电能力；v型坑生长过程中，容易引入很多缺陷，成为非辐射复合中心捕获载流子，影响内量子效率，降低发光效率；v型坑生长过快，开口大小不一致，分布不均匀，导致发光波长和发光亮度分布不均匀。尤其是对于本身缺陷就较多的光绿光中，这种现象更加明显。

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及其制备方法，其可提升发光二极管的发光效率，提高抗静电能力，提高发光波长和发光亮度均匀性。

2、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、发光亮度均匀性好，抗静电能力强。

3、为了解决上述问题，本发明公开了一种发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征gan层、n-gan层、多量子阱层、v型坑层和p-gan层；所述v型坑层包括依次层叠于所述多量子阱层上的v型坑缓冲层、v型坑填平层和v型坑缺陷阻挡层；

4、所述多量子阱层设有多个经刻蚀得到的v型坑，其中，v型坑的深度小于或等于所述多量子阱层的厚度；

5、所述v型坑缓冲层为inalgan层，其in组分的占比沿外延生长的方向逐渐降低，al组分的占比沿外延生长的方向逐渐升高；

6、所述v型坑填平层为algan层和gan层交替生长形成的周期性结构，所述v型坑缺陷阻挡层包括aln层。

7、作为上述技术方案的改进，所述v型坑的开口尺寸为100nm-140nm，分布密度为1×108个/cm2-1×1010个/cm2。

8、作为上述技术方案的改进，所述v型坑缓冲层中in组分的占比沿外延生长的方向由0.05-0.15逐渐降低至0，al组分的占比沿外延生长的方向由0逐渐增加至0.05-0.1，所述v型坑缓冲层的厚度为0.5nm-3nm；

9、所述v型坑填平层的周期数为5-10，其中，所述algan层中al组分的占比为0.3-0.5，单个所述algan层的厚度为1nm-5nm，单个所述gan层的厚度为5nm-10nm；

10、所述v型坑缺陷阻挡层中al组分的占比为0.3-0.6，其厚度为1nm-20nm。

11、作为上述技术方案的改进，所述v型坑缺陷阻挡层为aln层和mggan层交替生长形成的周期性结构，周期数为3-6，其中，单个所述aln层的厚度为0.5nm-3nm；所述mggan层中mg的掺杂浓度为1×1016cm-3-1×1017cm-3，单个所述mggan层的厚度为0.5nm-3nm。

12、作为上述技术方案的改进，所述v型坑层中还包括mgn层，所述mgn层设于所述v型坑缓冲层和所述v型坑填平层之间；所述mgn层中mg组分的占比为0.3-0.6，所述mgn层的厚度为3nm-10nm。

13、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：

14、提供衬底，在所述衬底上依次生长形核层、本征gan层、n-gan层、多量子阱层、v型坑层和p-gan层；所述v型坑层包括依次层叠于所述多量子阱层上的v型坑缓冲层、v型坑填平层和v型坑缺陷阻挡层；

15、所述多量子阱层设有多个经刻蚀得到的v型坑，其中，v型坑的深度小于或等于所述多量子阱层的厚度；

16、所述v型坑缓冲层为inalgan层，其in组分的占比沿外延生长的方向逐渐降低，al组分的占比沿外延生长的方向逐渐升高；

17、所述v型坑填平层为algan层和gan层交替生长形成的周期性结构，所述v型坑缺陷阻挡层包括aln层。

18、作为上述技术方案的改进，通过icp刻蚀在所述多量子阱层上形成多个v型坑，刻蚀功率为200w-400w，刻蚀使用的气体为cl2和n2的混合气体，其中，cl2和n2的体积比为1：（1-2）；

19、所述v型坑缓冲层的生长温度为900℃-950℃，生长压力为100torr-300torr；

20、所述v型坑填平层的生长温度为900℃-950℃，生长压力为100torr-300torr；

21、所述v型坑缺陷阻挡层的生长温度为950℃-1000℃，生长压力为100torr-300torr。

22、作为上述技术方案的改进，所述v型坑缺陷阻挡层为aln层和mggan层交替生长形成的周期性结构，所述v型坑缺陷阻挡层的生长温度为950℃-1000℃，生长压力为100torr-300torr。

23、作为上述技术方案的改进，所述v型坑层中还包括mgn层，所述mgn层设于所述v型坑缓冲层和所述v型坑填平层之间，所述mgn层的生长温度为600℃-800℃，生长压力为100torr-300torr。

24、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。

25、实施本发明，具有如下有益效果：

26、1. 本发明的发光二极管外延片中，v型坑层包括依次层叠于多量子阱层上的v型坑缓冲层、v型坑填平层和v型坑缺陷阻挡层。

27、首先，本发明对多量子阱层进行刻蚀，得到大小可控、分布均匀、深度可控、一致性强的v型坑，最大限度地发挥v型坑增加空穴注入效率的作用，并且提高了发光波长均匀性和发光亮度分布均匀性，避免了传统外延片采用低温生长的ingan/gan重复层叠的超晶格结构引起的位错缺陷造成的大量非辐射复合，尤其是对于高in组分的黄绿光，其本身多量子阱层晶格质量较差，缺陷带来的负面效果更强，并且由于本发明v型坑位错缺陷的减少，减少了漏电通道，提高了发光二极管的抗静电能力。

28、其次，本发明在v型坑上生长inalgan层作为v型坑缓冲层，并且in组分的占比沿外延生长的方向逐渐降低，al组分的占比沿外延生长的方向逐渐升高，实现与多量子阱层的晶格缓冲和能阶缓冲，减少与后续高能阶材料衔接时的能带变化，减少势垒尖峰形成，避免影响空穴注入。

29、再次，本发明采用algan层和gan层交替生长的周期性结构作为v型坑填平层，algan层纵向长大，gan层横向长大，逐步填平v型坑，实现位错的扭曲和湮灭，提高晶格质量；并且，algan层和gan层组成的超晶格结构中，异质结间会形成极化电场，产生二维空穴气，有利于提高p-gan层产生的空穴的迁移率和扩展能力，提高发光效率；同时，algan材料能阶高，具有电子阻挡的作用，可以阻止电子溢流。

30、最后，采用aln层作为v型坑缺陷阻挡层，由于al原子很小，aln层生长致密，平整度高，可将从多量子阱层延伸的缺陷和v型坑填平时遗留的缺陷进行修复，避免对p-gan层产生的空穴进行捕捉；并且，aln材料能阶高，可进一步防止电子溢流。

31、2. 本发明的发光二极管外延片中，v型坑缺陷阻挡层为aln层和mggan层交替生长的周期性结构，采用周期性结构可避免致密的aln层生长太厚产生裂纹，并且mggan层可产生少量空穴，提高进入多量子阱区的空穴浓度，提高发光效率。

32、3. 本发明的发光二极管外延片中，v型坑层中还包括mgn层，mgn层设于v型坑缓冲层和v型坑填平层之间。在v型坑内部形成金属粗化层，可最大程度地减少光线的全反射，增加在mgn粗化界面的漫反射，提高光提取效率。