一种高光效发光二极管外延片、制备方法及LED与流程

本发明属于半导体，具体地涉及一种高光效发光二极管外延片、制备方法及led。

背景技术：

1、近年来，随着led材料外延和器件制备工艺的进步，高亮度gan基led器件得到了迅猛的发展。利用图形化蓝宝石衬底和氧化铟锡p电极的蓝光led在正向电流20ma时的外量子效率己经达到60％,同时led器件在光效、寿命、节能等方而均优于传统光源。但是，基于异质外延的iii族氮化物led技术的发展仍然面临很多问题，尤其是led结构有源区量子阱中存在的极化效应。

2、gan基led器件量子阱结构由晶格失配引起的压电极化对器件的发光性能有非常负而的影响，尤其是会导致led器件发光波长的偏移和发光效率的降低。近年来，研究者不断关注通过应变补偿的方法来降低量子阱结构的压电极化效应通过制备极化匹配的ingan/gan量子阱结构来降低量子阱中的极化电场。

3、现有的通过制备极化匹配的ingan/gan量子阱结构释放量子阱层与生长量子阱前gan外延层的压应力，来降低量子阱中的极化电场效应，但是量子阱/量子垒本身的晶格失配导致的压电极化效应并未改善。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高光效发光二极管外延片、制备方法及led，用于解决量子阱/量子垒本身的晶格失配导致的压电极化效应的技术问题。

2、一方面，该发明提供以下技术方案，一种高光效发光二极管外延片，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、n型gan层、有源层、电子阻挡层和p型gan层；

3、所述有源层包括多个交替层叠的量子阱层和复合量子垒层，所述复合量子垒层包括第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层，其中，所述第一量子垒应变补偿子层为ingan/gan超晶格层，所述第二量子垒应变补偿子层为alingan层，所述第三量子垒应变补偿子层为bingan层，所述ingan/gan超晶格层包括多个交替层叠的ingan层和gan层。

4、与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过沉积第一量子垒应变补偿子层为ingan超晶格层和gan超晶格层，引入张引变/压应变较低变化，释放量子阱层的压应力，降低量子极化效应。沉积第二量子垒应变补偿子层为alingan层，通过调节alingan材料al、in元素的组分比，使alingan材料作为量子垒材料能够实现晶格匹配并消除量子阱中的压电极化效应，同时增加alingan材料的带隙宽度，从而增强势垒对注入载流子的限制能力，防止电子溢流现象的发生，有效抑制led效率droop效应。沉积的第三量子垒应变补偿子层为bingan层同样可以调节b、in元素组分比，使得bingan材料作为量子垒材料能够实现晶格匹配并消除量子阱中的压电极化效应，并且作为热保护层抑制生长过程中热损伤引起的非辐射复合中心的产生。因此，首先，复合量子垒层包含多个量子垒应变补偿子层可以有效降低量子阱极化效应，增加电子空穴波函数重叠度，提高量子阱的辐射复合效率，减少量子阱能带倾斜和量子限制斯塔克效应，提升绿光和黄光等长波长led器件的光效。其次，减少能带倾斜提高了量子阱的有效宽度，降低量子阱的载流子密度，减少俄歇非辐射复合几率。最后，量子垒应变补偿层提高有效势垒高度，减少led器件在正偏工作时的载流子泄露现象。

5、进一步的，所述复合量子垒层厚度范围为5nm～50nm，所述第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层厚度比范围为1:1:1～1:10:10。

6、进一步的，所述ingan超晶格层中的in组分低于所述量子阱层中的in组分，所述alingan层中的al组分范围为0.01～0.5，in组分范围为0.01～0.1，所述bingan层中b组分范围为0.01～0.5，in组分范围为0.01～0.1。

7、进一步的，所述量子阱层为ingan层，厚度范围为1nm～10nm，in组分范围为0.05～0.5。

8、进一步的，所述ingan/gan超晶格层的交替层叠周期数范围为1～20，所述有源层的交替层叠周期数范围为1～20。

9、另一方面，本发明还提出一种高光效发光二极管外延片制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

10、提供一衬底；

11、在所述衬底上沉积缓冲层，并对已沉积所述缓冲层的所述衬底进行预处理；

12、在所述缓冲层上沉积gan层；

13、在所述gan层上交替层叠量子阱层和复合量子垒层，以形成有源层，所述复合量子垒层包括第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层，其中，所述第一量子垒应变补偿子层为多个交替层叠的ingan超晶格层和gan超晶格层、所述第二量子垒应变补偿子层为alingan层、所述第三量子垒应变补偿子层为bingan层；

14、在所述有源层上沉积电子阻挡层；

15、在所述电子阻挡层上沉积p型gan层。

16、进一步的，所述量子阱层为ingan层，生长温度的范围为700℃～850℃，生长气氛n2/nh3比例范围为1:1～1:10，生长压力范围为50torr～300torr。

17、进一步的，所述复合量子垒层的生长气氛n2/h2/nh3比例的范围为1:1:1～5:1:10，生长温度的范围为800℃～1000℃，生长压力的范围为50torr～300torr。

18、进一步的，所述n型gan层生长温度范围为1050℃～1200℃，生长压力范围为100～600torr，厚度范围为2um～3um，si掺杂浓度范围为1e19atoms/cm3～5e19 atoms/cm3。

19、第三方面，本发明实施例还提供以下技术方案，一种led，包括如上述的高光效发光二极管外延片。

技术特征：

1.一种高光效发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、n型gan层、有源层、电子阻挡层和p型gan层；

2.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述复合量子垒层厚度范围为5nm～50nm，所述第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层厚度比范围为1:1:1～1:10:10。

3.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述ingan超晶格层中的in组分低于所述量子阱层中的in组分，所述alingan层中的al组分范围为0.01～0.5，in组分范围为0.01～0.1，所述bingan层中b组分范围为0.01～0.5，in组分范围为0.01～0.1。

4.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述量子阱层为ingan层，厚度范围为1nm～10nm，in组分范围为0.05～0.5。

5.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述ingan/gan超晶格层的交替层叠周期数范围为1～20，所述有源层的交替层叠周期数范围为1～20。

6.一种如权利要求1-5任一所述的高光效发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的高光效发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述量子阱层为ingan层，生长温度的范围为700℃～850℃，生长气氛n2/nh3比例范围为1:1～1:10，生长压力范围为50torr～300torr。

8.根据权利要求6所述的高光效发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述复合量子垒层的生长气氛n2/h2/nh3比例的范围为1:1:1～5:1:10，生长温度的范围为800℃～1000℃，生长压力的范围为50torr～300torr。

9.根据权利要求6所述的高光效发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述n型gan层生长温度范围为1050℃～1200℃，生长压力范围为100～600torr，厚度范围为2um～3um，si掺杂浓度范围为1e19 atoms/cm3～5e19 atoms/cm3。

10.一种led，其特征在于，包括如权利要求1-5任一所述的高光效发光二极管外延片。

技术总结
本发明提供一种高光效发光二极管外延片、制备方法及LED，所述高光效发光二极管外延片包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；所述有源层包括多个交替层叠的量子阱层和复合量子垒层，所述复合量子垒层包括第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层，其中，所述第一量子垒应变补偿子层为InGaN/GaN超晶格层，所述第二量子垒应变补偿子层为AlInGaN层，所述第三量子垒应变补偿子层为BInGaN层，所述InGaN/GaN超晶格层包括多个交替层叠的InGaN层和GaN层，降低量子极化效应。

技术研发人员：程龙,郑文杰,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：2024/1/15