一种多量子阱发光层、发光二极管外延片及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种多量子阱发光层、发光二极管外延片及其制备方法。

背景技术：

1、发光二极管（light emitting diode)简称led，是一种将电能直接转化为光能的半导体发光器件，具有较高的转换效率。作为一种节能环保的新型光源，led 近年来受到了很大的关注。

2、半导体照明取得的这些成就主要得益于gan基led相关技术的进步，相对于其它的材料体系，无论是在效率上还是在可靠性上，gan基led都有着明显的优势。随着生产规模化和发光效率的提高，成本在不断下降，因此，gan基led具有广泛的应用前景和很高的商业价值，当然，也存在诸多的技术瓶颈急需解决。

3、gan基led其外延薄膜主要是ga极性（ga-poalr）gan薄膜，由于gan基led的量子阱中存在压电极化电场和自发极化电场，致使量子阱的能带发生弯曲和倾斜，从而减少了量子阱中电子和空穴的波函数交叠，降低了电子和空穴的辐射复合效率，进而降低了发光二极管的发光效率。因此，为了提高发光二极管的发光效率，减弱量子阱的能带弯曲程度是十分必要的。

4、现有技术中，发光二极管其外延薄膜主要是ga极性（ga-poalr）gan薄膜，由于传统发光二极管的量子阱中存在压电极化电场和自发极化电场，致使量子阱的能带发生弯曲和倾斜，从而减少了量子阱中电子和空穴的波函数交叠，降低了电子和空穴的辐射复合效率，进而降低了发光二极管的发光效率。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种多量子阱发光层、发光二极管外延片及其制备方法，用于解决现有技术中由于传统发光二极管的量子阱中存在压电极化电场和自发极化电场，致使量子阱的能带发生弯曲和倾斜，从而减少了量子阱中电子和空穴的波函数交叠，降低了电子和空穴的辐射复合效率，进而降低了发光二极管的发光效率的技术问题。

2、本发明一方面提供一种多量子阱发光层，包括第一ga极性垒层、ga极性阱层、第二ga极性垒层、以及n极性垒层；所述第一ga极性垒层、ga极性阱层、第二ga极性垒层、以及n极性垒层由下至上依次周期交替层叠形成混合极性的alxinygan多层结构；

3、其中，x的取值范围为0-0.6，y的取值范围为0-0.4。

4、另外，根据本发明上述的多量子阱发光层，还可以具有如下附加的技术特征：

5、进一步地，所述第一ga极性垒层为alx1iny1gan层，所述ga极性阱层为alx2iny2gan层，所述第二ga极性垒层为alx3iny3gan层，所述n极性垒层为alx4iny4gan层；

6、其中，x2＜x1=x 3，x2＜x4； y1=y3＜y2，y4＜y2。

7、进一步地，0≤x1≤0.6，0≤y1≤0.2；0≤x2≤0.4，0≤y2≤0.4；0≤x3≤0.6，0≤y3≤0.2；0≤x4≤0.6，0≤y4≤0.2。

8、进一步地，所述第一ga极性垒层的厚度为2nm~5nm；所述ga极性阱层的厚度为2.5nm~4nm；所述第二ga极性垒层的厚度为0.5nm~2nm；所述n极性垒层的厚度为4nm~10nm。

9、进一步地，所述多量子阱发光层的周期范围为4-16。

10、本发明一方面还提供一种发光二极管外延片，包括衬底、以及依次生长在所述衬底上的n型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、p型半导体层，所述多量子阱发光层为上述具有混合极性的alxinygan多层结构的多量子阱发光层。

11、本发明另一方面提供一种发光二极管外延片制备方法，用于制备上述的发光二极管外延片，所述方法包括：

12、获取一衬底；

13、在所述衬底上依次生长n型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层以及p型半导体层；

14、其中，生长所述多量子阱发光层的方法包括：

15、依次周期交替生长第一ga极性垒层、ga极性阱层、第二ga极性垒层、以及n极性垒层以形成混合极性多量子阱；

16、其中，在生长所述n极性垒层后，所述发光二极管外延片制备方法还包括：

17、对所述n极性垒层进行nh3处理以形成粗糙的n极性面。

18、进一步地，所述第一ga极性垒层的生长温度为：760-960℃；

19、所述ga极性阱层的生长温度为：700-880℃；

20、所述第二ga极性垒层的生长温度为：760-960℃；

21、所述n极性垒层的生长温度为：760-960℃。

22、进一步地，所述多量子阱发光层的生长压力为：50-500torr。

23、本发明另一方面还提供一种发光二极管，所述发光二极管包括上述的发光二极管外延片。

24、上述多量子阱发光层、发光二极管外延片及其制备方法，通过利用ga极性氮化物与n极性氮化物的极化电场方向相反，减弱多量子阱发光层中因极化电场而导致的能带弯曲现象，从而提高多量子阱发光层中的辐射复合效率，进而提高发光二极管的发光效率。具体的，第一ga极性垒层主要用于填平经过nh3处理形成的粗糙n极性垒层表面，获取表面平整的ga极性垒层，有利于后续高质量阱层的生长。同理，第二ga极性垒层主要用于填平相对粗糙的量子阱层表面，获取表面平整的ga极性垒层，有利于后续高质量n极性垒层的生长。n极性垒层进行nh3气处理形成粗糙的n极性面，可减少量子阱中的面内全反射更有利于出光。

技术特征：

1.一种多量子阱发光层，其特征在于，包括第一ga极性垒层、ga极性阱层、第二ga极性垒层、以及n极性垒层；所述第一ga极性垒层、ga极性阱层、第二ga极性垒层、以及n极性垒层由下至上依次周期交替层叠形成混合极性的alxinygan多层结构；

2.根据权利要求1所述的多量子阱发光层，其特征在于，所述第一ga极性垒层为alx1iny1gan层，所述ga极性阱层为alx2iny2gan层，所述第二ga极性垒层为alx3iny3gan层，所述n极性垒层为alx4iny4gan层；

3.根据权利要求2所述的多量子阱发光层，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的多量子阱发光层，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的多量子阱发光层，其特征在于，

6.一种发光二极管外延片，包括衬底、以及依次生长在所述衬底上的n型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、p型半导体层，其特征在于，所述多量子阱发光层为上述权利要求1-5任意一项所述的多量子阱发光层。

7.一种发光二极管外延片制备方法，其特征在于，用于制备上述权利要求6所述的发光二极管外延片，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的发光二极管外延片制备方法，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的发光二极管外延片制备方法，其特征在于，

10.一种发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括如上述权利要求6所述的发光二极管外延片。

技术总结
本发明提供一种多量子阱发光层、发光二极管外延片及其制备方法，其中，多量子阱发光层包括第一Ga极性垒层、Ga极性阱层、第二Ga极性垒层、以及N极性垒层；第一Ga极性垒层、Ga极性阱层、第二Ga极性垒层、以及N极性垒层由下至上依次周期交替层叠形成混合极性的Al<subgt;x</subgt;In<subgt;y</subgt;GaN多层结构；其中，x的取值范围为0‑0.6，y的取值范围为0‑0.4。本申请通过利用Ga极性氮化物与N极性氮化物的极化电场方向相反，减弱多量子阱发光层中因极化电场而导致的能带弯曲现象，从而提高多量子阱发光层中的辐射复合效率，进而提高发光二极管的发光效率。

技术研发人员：舒俊,程龙,高虹,郑文杰,印从飞,程金连,张彩霞,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：2024/1/12