一种蓝绿光LED外延片及其制备方法、LED芯片与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种蓝绿光led外延片及其制备方法、led芯片。

背景技术：

1、gan材料由于其具有热产生效率低，抗辐射，击穿电压高，电子饱和漂移速度大，和介电常数小的优点，已被广泛应用在高频、高温、高压电子器件领域、发光二极管（led）和半导体激光器（ld）等方面，成为当前研究的热点。

2、led外延生长过程中面临着许多的技术困难，如电子本身有效质量较小，具有较高的迁移率，导致电子很容易通过量子阱而溢出到p层；又如p型gan的掺杂困难，掺杂剂mg的活化效率低，导致空穴不足，而且空穴迁移率很低，导致电子空穴发生辐射复合的效率降低，并且随着al组分的增加，空穴的激活效率、迁移率及外延层晶体质量进一步降低，导致led的发光效率下降；另外，阱垒之间因晶格失配存在极化电场，使阱垒的能带发生倾斜，阱垒界面不清晰，量子阱中的电子空穴分布不均匀，使得量子阱内电子-空穴波函数重叠率下降，最终发生辐射复合效率下降，严重限制了发光二极管的性能及应用。为了提高led的发光效率，需要制备高辐射复合效率、高晶体质量的外延层结构。

3、目前通过mocvd（metal-organic chemical vapor deposition，金属有机化合物化学气相沉淀）方法得到的蓝绿光led外延结构中的多量子阱层通常由ingan/gan组成，ingan作为阱层，gan为垒层，ingan与gan之间由于晶格失配而存在较大的极化电场，导致阱垒之间的能带发生倾斜，在量子阱内的电子空穴分布不均匀，电子空穴运动时散射严重；gan垒层的势垒高度有限，量子阱中的电子很容易越过垒层向p型层溢流；另外，ingan层中的in组分对生长温度非常敏感，想要生长出能带较深的量子阱，需通过降低生长温度的方法，提高量子阱中的in组分，但是生长温度低，会导致量子阱的晶体质量下降，缺陷增加；而升高量子阱的生长温度，可以改善晶体质量，但容易导致in组分析出，阱垒界面不清晰，使量子阱能带变浅，对载流子限制能力下降，电子更容易向p型层溢流，导致电子空穴的辐射复合效率严重下降。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种蓝绿光led外延片及其制备方法、led芯片，旨在蓝绿光led外延片中引入一种新型的多量子阱层结构，以提高蓝绿光led外延片多量子阱层中电子空穴的辐射复合效率。

2、根据本发明实施例当中的一种蓝绿光led外延片，包括多量子阱层，所述多量子阱层包括周期性交替生长的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层为gasb层，所述量子垒层为gan层，其中，所述量子垒层包括依次沉积的第一量子垒层和第二量子垒层，所述量子阱层的厚度小于所述量子垒层的厚度，所述第一量子垒层的厚度小于所述第二量子垒层的厚度，生长所述第一量子垒层时的温度小于生长所述第二量子垒层时的温度，且生长第二量子垒层时的温度比生长第一量子垒层时的温度高100℃~130℃。

3、进一步的，所述蓝绿光led外延片还包括衬底、aln缓冲层、未掺杂的gan层、n型掺杂gan层、电子阻挡层、p型掺杂gan层及接触层；

4、其中，在所述衬底上沿外延生长方向依次沉积所述aln缓冲层、所述未掺杂的gan层、所述n型掺杂gan层、所述多量子阱层、所述电子阻挡层、所述p型掺杂gan层及所述接触层。

5、进一步的，所述量子阱层的厚度为2nm~5nm，所述量子垒层的厚度为10nm~20nm。

6、进一步的，所述第一量子垒层的厚度为1nm~3nm。

7、进一步的，所述第二量子垒层的厚度为8nm~19nm。

8、进一步的，生长所述第一量子垒层时的温度为800℃~900℃。

9、进一步的，生长所述第二量子垒层时的温度为950℃~1000℃。

10、进一步的，生长所述量子阱层时的温度为800℃~900℃。

11、根据本发明实施例当中的一种蓝绿光led外延片的制备方法，用于制备上述的蓝绿光led外延片，所述制备方法包括：

12、沿外延生长方向周期性交替生长量子阱层和量子垒层，所述量子阱层为gasb层，所述量子垒层为gan层，其中，所述量子垒层包括依次沉积的第一量子垒层和第二量子垒层，控制所述量子阱层的厚度小于所述量子垒层的厚度，控制所述第一量子垒层的厚度小于所述第二量子垒层的厚度，控制生长所述第一量子垒层时的温度小于生长所述第二量子垒层时的温度，且控制生长第二量子垒层时的温度比生长第一量子垒层时的温度高100℃~130℃。

13、根据本发明实施例当中的一种led芯片，包括上述的蓝绿光led外延片。

14、本发明的有益效果为：

15、通过将多量子阱层结构设置为gasb/gan结构，其中量子阱层为gasb层，量子垒层为gan层，而量子垒层包括依次沉积的第一量子垒层和第二量子垒层，gasb量子阱层禁带宽度为0.73 ev，可以形成能带较深的量子阱，有利于限制电子溢流，gasb量子阱层对温度敏感性远低于ingan量子阱层，可以形成晶体质量好、能带深的量子阱层，具体的，第一量子垒层通过降低生长温度可以释放gasb与gan因晶格失配而产生的应力，从而降低阱垒之间的能带弯曲度，阱垒界面清晰陡峭，使得量子阱内电子-空穴波函数重叠率增加，最终电子空穴的辐射复合效率增加。

技术特征：

1.一种蓝绿光led外延片，其特征在于，包括多量子阱层，所述多量子阱层包括周期性交替生长的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层为gasb层，所述量子垒层为gan层，其中，所述量子垒层包括依次沉积的第一量子垒层和第二量子垒层，所述量子阱层的厚度小于所述量子垒层的厚度，所述第一量子垒层的厚度小于所述第二量子垒层的厚度，生长所述第一量子垒层时的温度小于生长所述第二量子垒层时的温度，且生长第二量子垒层时的温度比生长第一量子垒层时的温度高100℃~130℃。

2.根据权利要求1所述的蓝绿光led外延片，其特征在于，所述蓝绿光led外延片还包括衬底、aln缓冲层、未掺杂的gan层、n型掺杂gan层、电子阻挡层、p型掺杂gan层及接触层；

3.根据权利要求1或2所述的蓝绿光led外延片，其特征在于，所述量子阱层的厚度为2nm~5nm，所述量子垒层的厚度为10nm~20nm。

4.根据权利要求3所述的蓝绿光led外延片，其特征在于，所述第一量子垒层的厚度为1nm~3nm。

5.根据权利要求3所述的蓝绿光led外延片，其特征在于，所述第二量子垒层的厚度为8nm~19nm。

6.根据权利要求1或2所述的蓝绿光led外延片，其特征在于，生长所述第一量子垒层时的温度为800℃~900℃。

7.根据权利要求6所述的蓝绿光led外延片，其特征在于，生长所述第二量子垒层时的温度为950℃~1000℃。

8.根据权利要求1或2所述的蓝绿光led外延片，其特征在于，生长所述量子阱层时的温度为800℃~900℃。

9.一种蓝绿光led外延片的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-8任一项所述的蓝绿光led外延片，所述制备方法包括：

10.一种led芯片，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的蓝绿光led外延片。

技术总结
本发明提供一种蓝绿光LED外延片及其制备方法、LED芯片，通过将多量子阱层结构设置为GaSb/GaN结构，其中量子阱层为GaSb层，量子垒层为GaN层，而量子垒层包括依次沉积的第一量子垒层和第二量子垒层，GaSb量子阱层禁带宽度为0.73 eV，可以形成能带较深的量子阱，有利于限制电子溢流，GaSb量子阱层对温度敏感性远低于InGaN量子阱层，可以形成晶体质量好、能带深的量子阱层，具体的，第一垒层通过降低生长温度可以释放GaSb与GaN因晶格失配而产生的应力，从而降低阱垒之间的能带弯曲度，阱垒界面清晰陡峭，使得量子阱内电子‑空穴波函数重叠率增加，最终电子空穴的辐射复合效率增加。

技术研发人员：刘春杨,吕蒙普,胡加辉,金从龙,顾伟
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