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、蓝宝石被广泛的用作gan材料外延生长的衬底。蓝宝石与gan之间存在高达之间存在高达13.3％左右的晶格失配，较大的晶格失配会使得gan外延材料中产生高密度的位错。这些位错可充当非辐射复合中心，使得载流子被缺陷所捕获位错可充当非辐射复合中心，使得载流子被缺陷所捕获降低载流子寿命和迁移率，严重影响led性能。目前发光二极管外延结构中，通常采用algan作为缺陷阻挡层，以此来阻挡位错向多量子阱层延伸，降低外延层的缺陷密度，减少非辐射复合，提高发光二极管的发光效率。

2、但是，采用algan层的作为阻挡层存在以下劣势：第一，生长algan薄膜晶体质量较差，因al原子的表面迁移率较低，他们无法在表面获得足够的能量移动到合适的晶格位置，导致了三维岛状生长，结果造成algan薄膜生长过程产生了不同的成核点，成核点增长成岛均并且合并导致生长的algan薄膜缺陷密度非常高。第二，algan薄膜层能阻挡韧位错，但部分螺位错、点缺陷、线缺陷等无法阻挡，导致多量子阱层非辐射复合，降低发光二极管的发光效率。

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，其能够降低gan外延层缺陷密度，提高gan外延层的晶体质量，提高多量子阱层晶体质量，降低多量子阱层极化效应，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，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、复合非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层、p型gan层；

4、所述复合非掺杂gan层包括依次层叠在所述缓冲层上的sin层、氮极性alingan层、非掺杂gan层、bn层和氮极性ingan层。

5、在一种实施方式中，所述氮极性alingan层的in组分沿生长方向逐渐升高，al组分沿生长方向逐渐降低；

6、所述氮极性ingan层的in组分沿生长方向逐渐升高，ga组分沿生长方向逐渐降低。

7、在一种实施方式中，所述氮极性alingan层的in组分沿生长方向由(0.01～0.09)逐渐升高至(0.1～0.2)；

8、所述氮极性alingan层的al组分沿生长方向由(0.2～0.5)逐渐降低至(0.01～0.19)。

9、在一种实施方式中，所述氮极性ingan层的in组分沿生长方向由(0.01～0.09)逐渐升高至(0.1～0.2)；

10、所述氮极性ingan层的ga组分沿生长方向由(0.91～0.99)逐渐降低至(0.8～0.9)。

11、在一种实施方式中，所述sin层的厚度为1nm～10nm；

12、所述氮极性alingan层的厚度为5nm～50nm；

13、所述非掺杂gan层的厚度为0.5μm～5μm；

14、所述bn层的厚度为0.5nm～5nm；

15、所述氮极性ingan层的厚度为1nm～10nm。

16、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，包括以下步骤：

17、s1、准备衬底；

18、s2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、复合非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层、p型gan层；

19、所述复合非掺杂gan层包括依次层叠在所述缓冲层上的sin层、氮极性alingan层、非掺杂gan层、bn层和氮极性ingan层。

20、在一种实施方式中，所述氮极性alingan层采用下述方法制得：

21、先将反应室的温度控制在800℃～1000℃，压力控制在50torr～500torr，通入n2、h2和nh3，n2、h2和nh3的通入比例为1：(1～10)：(1～10)，通入n源、al源、ga源、n源，生长alingan层；

22、然后在1000℃～1200℃温度下，通入nh3高温处理所述alingan层，得到所述氮极性alingan层。

23、在一种实施方式中，所述氮极性ingan层采用下述方法制得：

24、先将反应室的温度控制在800℃～1000℃，压力控制在50torr～500torr，通入n2、h2和nh3，n2、h2和nh3的通入比例为1：(1～10)：(1～10)，通入n源、ga源、n源，生长ingan层；

25、然后在1000℃～1200℃温度下，通入nh3高温处理所述ingan层，得到所述氮极性ingan层。

26、在一种实施方式中，所述sin层采用下述方法制得：

27、将反应室的温度控制在800℃～1000℃，压力控制在50torr～500torr，通入n2、h2和nh3，n2、h2和nh3的通入比例为1：(1～10)：(1～10)，通入n源、si源，生长得到sin层；

28、所述bn层采用下述方法制得：

29、将反应室的温度控制在800℃～1000℃，压力控制在50torr～500torr，通入n2、h2和nh3，n2、h2和nh3的通入比例为1：(1～10)：(1～10)，通入n源、b源，生长得到bn层；

30、所述非掺杂gan层采用下述方法制得：

31、将反应室的温度控制在1000℃～1200℃，压力控制在50torr～500torr，通入n2、h2和nh3，n2、h2和nh3的通入比例为1：(1～10)：(1～10)，通入n源、ga源，生长得到非掺杂gan层。

32、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。

33、实施本发明，具有如下有益效果：

34、本发明提供的发光二极管外延片，其具有特定结构的复合非掺杂gan层，所述复合非掺杂gan层包括依次层叠在所述缓冲层上的sin层、氮极性alingan层、非掺杂gan层、bn层和氮极性ingan层。

35、首先，沉积在衬底上的gan外延层是异质外延，其衬底与gan的晶格常数差异较大，导致gan外延层存在大量的位错，所述sin层可以过滤部分位错，避免位错向上延伸，造成外延层晶体质量下降。

36、其次，所述氮极性alingan层是经nh3高温处理后得到的，因此in与n成键的键能较弱，所以部分in脱离形成in空位，in空位诱导位错融合然后湮灭，降低位错密度。再者，所述氮极性alingan层的in组分沿生长方向逐渐升高，al组分沿生长方向逐渐降低，能够减少晶格失配，提高非掺杂gan层的晶体质量。

37、再次，所述bn层能够起到二次阻挡的作用，阻挡位错向上延伸，进一步降低位错密度。

38、最后，所述氮极性ingan层是经nh3高温处理后得到的，同样会形成in空位，in空位诱导位错融合然后湮灭，降低位错密度。另外，所述氮极性ingan层还可以释放外延层累积的应力，降低极化效应。并且，所述氮极性alingan层和所述氮极性ingan层因其是氮极性外延层，因而能够降低外延层的极化效应，提高多量子阱层in并入，提高发光二极管的发光效率。

39、综上，本发明通过沉积特定结构的复合非掺杂gan层可以降低位错密度，提高外延层晶体质量，减少因位错充当非辐射复合中心，使得载流子被缺陷所捕获降低载流子寿命和迁移率，降低外延层的极化效应及释放应力，提高发光二极管的发光效率。