发光二极管外延片及其制备方法、LED与流程

本发明涉及光电，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、led。

背景技术：

1、gan基半导体材料的蓝绿光led已被广泛应用如白光照明、全彩显示、交通指示灯等等。在硅衬底上外延比在6h-sic或蓝宝石衬底上要难很多，主要由于gan主要的晶体体结构是(2h)六方纤锌矿结构，而硅是金刚石立方结构，而且硅衬底很容易被氨气裂解出的氮原子钝化形成无定形的sixny层，使得gan几乎无法在硅衬底上成核。同时硅衬底可以很快与ga原子反应形成si-ga合金会在外延层表面形成大的花型缺陷。

2、在硅衬底上的gan的异质外延通常采用aln复合层技术。第一，aln层与硅衬底大的晶格失配仍会产生大量的位错，同时gan外延层还会受到大的张应力；第二，在硅衬底上的外延层生长的高温降至室温时，又由于gan同硅衬底之间更大的热失配使得gan外延层受到更大的张应力而产生大量的裂纹。

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，其降低外延层位错密度，释放硅衬底与gan外延层的应力，提高gan外延层晶体质量，降低缺陷导致非辐射复合，提升发光二极管的发光效率。

2、本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种发光二极管外延片的制备方法，其工艺简单，能够稳定制得发光效率良好的发光二极管外延片。

3、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发光二极管外延片，包括硅衬底，所述硅衬底上依次设有复合层、非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层、p型gan层；

4、所述复合层包括依次沉积在所述硅衬底上的氮化石墨烯层、c掺杂aln层和n极性algan层。

5、在一种实施方式中，所述氮化石墨烯层的厚度为1nm～100nm。

6、在一种实施方式中，所述c掺杂aln层的厚度为1nm～100nm；

7、所述c掺杂aln层的c掺杂浓度为5×1016atoms/cm3～5×1018atoms/cm3。

8、在一种实施方式中，所述c掺杂aln层的c掺杂浓度沿生长方向逐渐降低。

9、在一种实施方式中，所述n极性algan层的厚度为0.5μm～5μm；

10、所述n极性algan层的al组分为0.04～0.5。

11、在一种实施方式中，所n极性algan层的al组分沿生长方向逐渐降低。

12、为解决上述问题，本发明还提供了一种发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

13、s1、准备硅衬底；

14、s2、在所述硅衬底上依次沉积复合层、非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层、p型gan层；

15、所述复合层包括依次沉积在所述硅衬底上的氮化石墨烯层、c掺杂aln层和n极性algan层。

16、在一种实施方式中，所述氮化石墨烯层采用下述方法制得：

17、将反应室的温度控制在800℃～1000℃，压力控制在50torr～100torr，射频功率为15w～22w，通入ch4和h2，ch4与h2的通入比例为1：(1～20)，生长石墨烯层；

18、在1000℃～1200℃条件下，所述石墨烯层经nh3气体氮化处理得到氮化石墨烯层。

19、在一种实施方式中，所述n极性algan层采用下述方法制得：

20、将反应室的温度控制在800℃～1000℃，压力控制在50torr～500torr，通入al源、ga源和n源，生长algan层；

21、在1000℃～1100℃条件下，所述algan层经nh3气体处理得到n极性algan层。

22、相应地，本发明还提供了一种led，所述led包括上述的发光二极管外延片。

23、实施本发明，具有如下有益效果：

24、本发明提供的发光二极管外延片，其在硅衬底上设有具有特定结构的复合层，所述复合层包括依次沉积在所述硅衬底上的氮化石墨烯层、c掺杂aln层和n极性algan层。

25、所述氮化石墨烯层不仅可以阻断si与ga原子的合金共融现象，而且氮化石墨烯层的-n键可为所述c掺杂aln层提供成核点。所述c掺杂aln层的c掺杂元素可以使aln层晶格发生畸变，减少与氮化石墨烯层的晶格失配度。进一步地，所述c掺杂aln层的c掺杂浓度沿生长方向逐渐降低，能够提高后续沉积n极性algan层的晶体质量。所述n极性algan层提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角。进一步地，所n极性algan层的al组分沿生长方向逐渐降低，可以减少后续沉积gan层的晶格失配，提高晶体质量。另外，所述n极性维algan层可以改变后续沉积gan层的极性，降低多量子阱层的极化效应，提高发光效率。并且，在所述c掺杂aln层上沉积n极性algan层释放了gan和衬底之间因晶格失配产生的应力以及因热膨胀系数失配产生的热应力。

26、综上，本发明通过在硅衬底上设有具有特定结构的复合层，降低了外延层位错密度，释放硅衬底与gan外延层的应力，提高gan外延层晶体质量，降低缺陷导致非辐射复合，提升发光二极管的发光效率。

技术特征：

1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括硅衬底，所述硅衬底上依次设有复合层、非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层、p型gan层；

2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述氮化石墨烯层的厚度为1nm～100nm。

3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述c掺杂aln层的厚度为1nm～100nm；

4.如权利要求3所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述c掺杂aln层的c掺杂浓度沿生长方向逐渐降低。

5.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述n极性algan层的厚度为0.5μm～5μm；

6.如权利要求5所述的发光二极管外延片，其特征在于，所n极性algan层的al组分沿生长方向逐渐降低。

7.一种如权利要求1～6任一项所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述氮化石墨烯层采用下述方法制得：

9.如权利要求7所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述n极性algan层采用下述方法制得：

10.一种led，其特征在于，所述led包括如权利要求1～6任一项所述的发光二极管外延片。

技术总结
本发明公开了一种发光二极管外延片及其制备方法、LED，所述发光二极管外延片包括硅衬底，所述硅衬底上依次设有复合层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；所述复合层包括依次沉积在所述硅衬底上的氮化石墨烯层、C掺杂AlN层和N极性AlGaN层。本发明提供的发光二极管外延片能够降低外延层位错密度，释放硅衬底与GaN外延层的应力，提高GaN外延层晶体质量，降低缺陷导致非辐射复合，提升发光二极管的发光效率。

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：2024/2/19