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、gan基发光二极管的外延片中，一般采用ingan/gan或ingan/algan的周期性结构作为多量子阱层。然而发明人发现，传统的多量子阱层，最后一个势垒层（即末垒）与电子阻挡层由于其晶格的不匹配和能阶的突变，导致界面处的能带弯曲严重，从而导带的有效势垒高度下降，价带处有效势垒升高，导致更容易产生电子溢流现象影响发光效率，并且为空穴进入多量子阱层产生阻碍，这导致对发光效率影响很大。

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。

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。

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，其包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征gan层、n型gan层、第一多量子阱层、第二多量子阱层、电子阻挡层和p型gan层；所述第一多量子阱层为周期性结构，周期数为2~15，每个周期均包括依次层叠的量子阱层和量子垒层；所述第二多量子阱层包括依次层叠于所述第一多量子阱层上的末阱层和末垒层；

4、所述末垒层包括依次层叠于所述末阱层上的bingan层、图形化sio2层和bgan层。

5、作为上述技术方案的改进，所述bingan层中b组分占比为0~0.5，in组分占比为0~0.4，其厚度为1nm~10nm；

6、所述bgan层中b组分占比为0.2~0.5，其厚度为5nm~50nm。

7、作为上述技术方案的改进，沿外延片生长方向，所述bingan层中b组分占比由0递增至0.2~0.4，in组分由0.1~0.3递减至0。

8、作为上述技术方案的改进，所述图形化sio2层设有多个阵列分布的sio2岛，其高度为2nm~50nm，宽度为100nm~500nm，分布密度为1×106个/cm2~1×108个/cm2。

9、作为上述技术方案的改进，所述末垒层还包括减反层，其设于所述图形化sio2层和所述bgan层之间；

10、所述减反层为al层和/或ag层，所述减反层的厚度为5nm~30nm。

11、作为上述技术方案的改进，所述量子阱层为inxga1-xn层，所述量子垒层为gan层或alyga1-yn层，所述末阱层为inzga1-zn，其中x为0.1~0.4，y为0.05~0.2，z为0.05~0.4。

12、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：

13、提供衬底，在所述衬底上依次生长形核层、本征gan层、n型gan层、第一多量子阱层、第二多量子阱层、电子阻挡层和p型gan层；所述第一多量子阱层为周期性结构，周期数为2~15，每个周期均包括依次层叠的量子阱层和量子垒层；所述第二多量子阱层包括依次层叠于所述第一多量子阱层上的末阱层和末垒层；

14、所述末垒层包括依次层叠于所述末阱层上的bingan层、图形化sio2层和bgan层；

15、其中，所述图形化sio2层的制备方法为：在bingan层上生长sio2薄膜，然后刻蚀得到多个sio2岛，即得到图形化sio2层。

16、作为上述技术方案的改进，所述bingan层通过mocvd生长，其生长温度为800℃~900℃，生长压力为100torr~500torr；

17、所述sio2薄膜通过pecvd生长，其生长温度为250℃~350℃；

18、所述bgan层通过mocvd生长，其生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~500torr。

19、作为上述技术方案的改进，所述末垒层还包括减反层，其通过pvd生长。

20、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。

21、实施本发明，具有如下有益效果：

22、本发明提出的末垒层分为bingan层、图形化sio2层、al层、bgan层；具有以下好处：

23、1. 本发明的发光二极管外延片中，末垒层包括依次层叠的bingan层、图形化sio2层和bgan层；其中，bingan-bgan构成了能带逐渐升高的结构，且其晶格逐渐变小，使得压应力逐渐转变为张应力，进而使得末垒层和电子阻挡层的能阶和晶格更加匹配，削弱了两者之间的极化效应，提高了对电子的有效势垒高度，降低了对空穴的有效势垒，大大提高了电子阻挡层对电子阻挡能力及增加了空穴的传输，提升发了光效率。进一步的，图形化的sio2层呈三维结构，可从多维度释放应力，进一步减少末垒层与电子阻挡层之间的极化效应，提升发光效率。此外，本发明的图形化sio2层、bgan层可阻挡缺陷延伸至p型gan层中，减少对空穴的消耗，从而提升发光二极管的抗静电能力和发光效率。

24、2. 本发明的发光二极管外延片中，末垒层还包括了减反层，其可与图形化sio2层复合，有效减少发光二极管内部的漫反射，提高光提取效率，提升外量子效率。另外，采用al层或ag层作为减反层，还可增大电流，提高等离子态密度，降低非辐射复合，进一步提升发光效率。

技术特征：

1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征gan层、n型gan层、第一多量子阱层、第二多量子阱层、电子阻挡层和p型gan层；所述第一多量子阱层为周期性结构，周期数为2~15，每个周期均包括依次层叠的量子阱层和量子垒层；所述第二多量子阱层包括依次层叠于所述第一多量子阱层上的末阱层和末垒层；

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bingan层中b组分占比为0~0.5，in组分占比为0~0.4，其厚度为1nm~10nm；

3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，沿外延片生长方向，所述bingan层中b组分占比由0递增至0.2~0.4，in组分由0.1~0.3递减至0。

4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述图形化sio2层设有多个阵列分布的sio2岛，其高度为2nm~50nm，宽度为100nm~500nm，分布密度为1×106个/cm2~1×108个/cm2。

5.如权利要求1~4任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述末垒层还包括减反层，其设于所述图形化sio2层和所述bgan层之间；

6.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述量子阱层为inxga1-xn层，所述量子垒层为gan层或alyga1-yn层，所述末阱层为inzga1-zn层，其中x为0.1~0.4，y为0.05~0.2，z为0.05~0.4。

7.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1~6任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，包括：

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bingan层通过mocvd生长，其生长温度为800℃~900℃，生长压力为100torr~500torr；

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，所述末垒层还包括减反层，其通过pvd生长。

10.一种发光二极管，其特征在于，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、发光二极管，涉及半导体光电器件领域。发光二极管外延片包括衬底和依次设于衬底上的形核层、本征GaN层、N型GaN层、第一多量子阱层、第二多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；第一多量子阱层为周期性结构，周期数为2~15，每个周期均包括依次层叠的量子阱层和量子垒层；第二多量子阱层包括依次层叠于第一多量子阱层上的末阱层和末垒层；末垒层包括依次层叠于末阱层上的BInGaN层、图形化SiO<subgt;2</subgt;层和BGaN层。实施本发明，可提升发光二极管的发光效率。

技术研发人员：张彩霞,印从飞,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：2024/1/13