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、半导体材料是一类导电性能介于绝缘体和导体之间、在微电子器件和集成电路等领域具有广泛应用的电子材料。到目前为止，半导体材料经历了以硅和锗为代表的第一代半导体材料、以砷化镓和磷化铟为代表的第二代半导体材料以及以氮化镓(gan)、氧化锌(zno)和碳化硅(sic)为代表的第三代半导体材料三个发展阶段。其中，第三代半导体材料是当前国内外最为热门的研究领域。

2、ingan/gan基led在大驱动电流下的效率droop问题一直是业界的研究热点。droop效率问题已经严重制约了led器件在大功率照明场景的应用，成为发展高效、功率照明技术的关键瓶颈。

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，其可有效提升发光效率。

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，包括衬底和依次沉积于所述衬底上的缓冲层、非掺杂gan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量子垒层；每个所述量子垒层均包括依次层叠的ygan层、si掺gan层和bscn层。

4、作为上述技术方案的改进，所述ygan层中y组分占比为0.15～0.5，厚度为0.5nm～3nm。

5、作为上述技术方案的改进，所述si掺gan层中si掺杂浓度为1×1017cm3～5×1018cm3，厚度为0.5nm～10nm。

6、作为上述技术方案的改进，所述bscn层中b组分占比为0.1～0.4，厚度为0.1nm～5nm。

7、作为上述技术方案的改进，所述ygan层的厚度为1nm～3nm，所述si掺gan层的厚度为3nm～9nm，所述bscn层的厚度为0.5nm～2nm。

8、作为上述技术方案的改进，所述ygan中y组分占比为0.3～0.4，所述bscn层中b组分占比为0.15～0.25。

9、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：

10、提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂gan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量子垒层；每个所述量子垒层均包括依次层叠的ygan层、si掺gan层和bscn层。

11、作为上述技术方案的改进，所述ygan层的生长温度为1000℃～1100℃，生长压力为100torr～500torr；

12、所述si掺gan层的生长温度为800℃～1000℃，生长压力为100torr～500torr；

13、所述bscn层的生长温度为900℃～1000℃，生长压力为100torr～400torr。

14、作为上述技术方案的改进，所述量子垒层的生长气氛为n2、h2和nh3的混合气体，且n2、h2和nh3的体积比为1:1:1～1:10:20。

15、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。

16、实施本发明，具有如下有益效果：

17、本发明的发光二极管外延片中，每个量子垒层均包括依次层叠的ygan层、si掺gan层和bscn层。其中，位于两侧的ygan层、bscn层与势阱层(ingan层)的晶格匹配程度高，有效屏蔽了由于失配应力导致的压电场，弱化了压电极化效应，提升了辐射复合效率，提升了发光二极管外延片的发光效率。bscn层的势垒高，减少电子向p型层溢流，提高了电子与空穴在有源层辐射复合效率，提高发光二极管的droop效率。si掺gan层中si的引入不仅减少了线缺陷，弱化了压电极化效应，还与bscn层共同加强了局域化效应，提高了发光效率。此外，si掺gan层还可提升电子的迁移率，降低发光二极管外延片的工作电压。综上，本发明的发光二极管外延片，提升了发光效率，降低了工作电压。

技术特征：

1.一种发光二极管外延片，包括衬底和依次沉积于所述衬底上的缓冲层、非掺杂gan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量子垒层；其特征在于，每个所述量子垒层均包括依次层叠的ygan层、si掺gan层和bscn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ygan层中y组分占比为0.15～0.5，厚度为0.5nm～3nm。

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si掺gan层中si掺杂浓度为1×1017cm3～5×1018cm3，厚度为0.5nm～10nm。

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bscn层中b组分占比为0.1～0.4，厚度为0.1nm～5nm。

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ygan层的厚度为1nm～3nm，所述si掺gan层的厚度为3nm～9nm，所述bscn层的厚度为0.5nm～2nm。

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ygan中y组分占比为0.3～0.4，所述bscn层中b组分占比为0.15～0.25。

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所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述ygan层的生长温度为1000℃～1100℃，生长压力为100torr～500torr；

9.如权利要求7所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述量子垒层的生长气氛为n2、h2和nh3的混合气体，且n2、h2和nh3的体积比为1:1:1～1:10:20。

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。其中，发光二极管外延片包括衬底和依次沉积于衬底上的缓冲层、非掺杂GaN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量子垒层；每个所述量子垒层均包括依次层叠的YGaN层、Si掺GaN层和BScN层。实施本发明，可有效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：2024/1/15