发光二极管外延片及其制备方法、LED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、led。

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，许多国家将led相关的半导体照明视作一种战略技术。通过大量研发和实验，半导体照明技术取得了突飞猛进的发展，真正地实现了半导体照明的商业化，各种类型的led被广泛应用于指示、显示、背光、投射等领域。这些成就主要得益于gan基led相关技术的进步。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。目前，以ingan量子阱为有源层的gan基led器件在各领域都有广泛应用，但因缺乏合适的同质外延衬底，gan通常生长在与其有较大晶格失配和热失配的蓝宝石、碳化硅或硅衬底上。gan与衬底间的晶格失配和热失配无疑会导致外延材料在生长过程中受到较大的应力，形成大量的位错缺陷，从而影响外延片质量，造成发光效率降低。因此为了提高gan基led的发光效率，降低衬底材料与gan之间的晶格失配、减少位错缺陷是十分必要的。

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led的发光效率。

2、本发明还要解决的技术问题在于，提供一种led，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，包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、n型半导体层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层，所述n型半导体层包括依次层叠的位错湮灭层、非掺杂高温gan层和高掺高温n-gan层；

4、其中，所述位错湮灭层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的3d低温gan层、3d低掺高温n-gan层和2d低掺高温n-gan层。

5、作为上述技术方案的改进，所述位错湮灭层的周期数为2～30；

6、所述3d低温gan层的厚度为2nm～20nm；

7、所述3d低掺高温n-gan层的厚度为10nm～100nm；

8、所述2d低掺高温n-gan层的厚度为50nm～500nm。

9、作为上述技术方案的改进，所述3d低掺高温n-gan层的n型掺杂元素为si，si的掺杂浓度为5×1017cm-3～3×1018cm-3；

10、所述2d低掺高温n-gan层的n型掺杂元素为si，si的掺杂浓度为8×1017cm-3～5×1018cm-3。

11、作为上述技术方案的改进，所述非掺杂高温gan层的厚度为0.2μm～2μm。

12、作为上述技术方案的改进，所述高掺高温n-gan层的厚度为2μm～8μm，n型掺杂元素为si，si的掺杂浓度为8×1018cm-3～5×1019cm-3。

13、作为上述技术方案的改进，所述3d低温gan层生长完成后，在h2气氛下处理，处理温度为1080℃～1200℃，处理压力为20torr～300torr，处理时间为15s～120s。

14、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：

15、提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、n型半导体层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层，所述n型半导体层包括依次层叠的位错湮灭层、非掺杂高温gan层和高掺高温n-gan层；

16、其中，所述位错湮灭层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的3d低温gan层、3d低掺高温n-gan层和2d低掺高温n-gan层。

17、作为上述技术方案的改进，所述3d低温gan层的生长温度为1000℃～1060℃，生长压力为20torr～300torr；

18、所述3d低掺高温n-gan层的生长温度为1060℃～1120℃，生长压力为20torr～300torr；

19、所述2d低掺高温n-gan层的生长温度为1120℃～1200℃，生长压力为20torr～300torr。

20、作为上述技术方案的改进，所述非掺杂高温gan层的生长温度为1120℃～1200℃，生长压力为20torr～300torr；

21、所述高掺高温n-gan层的生长温度为1080℃～1160℃，生长压力为20torr～300torr。

22、相应的，本发明还公开了一种led，其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、1.本发明的发光二极管外延片中，n型半导体层包括依次层叠的位错湮灭层、非掺杂高温gan层和高掺高温n-gan层。首先，本发明引入位错湮灭层，位错湮灭层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的3d低温gan层、3d低掺高温n-gan层和2d低掺高温n-gan层。本发明的位错湮灭层可周期性形成分布均匀的岛，岛与岛的合并过程中位错缺陷将会不断偏析、合并，有效的减少外延片的位错密度，提高晶格质量，提高发光效率，有效解决衬底材料与gan之间的晶格失配问题。其次，本发明的位错湮灭层为后续生长的非掺杂高温gan层提供了平整的表面，并且非掺杂高温gan层使用高的生长温度，进一步提高晶格质量，随着非掺杂高温gan层的生长，压应力会通过堆垛层错释放，缺陷进一步减少。最后，本发明的高掺高温n-gan层使用高掺杂浓度，可提供足够的电子，提高电子与空穴的复合，提高发光效率；使用高温可进步一提高晶格质量，减少缺陷，提高发光效率。

25、2.本发明的发光二极管外延片中，3d低温gan层生长完成后，在h2气氛下处理，分解表面结晶质量差的材料，有利于提高后续外延材料的晶体质量，并且高温处理可使得3d低温gan层生长过程中形成的岛分布更加均匀，充分释放应力，提高外延片质量，提高发光效率。

技术特征：

1.一种发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、n型半导体层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层，其特征在于，所述n型半导体层包括依次层叠的位错湮灭层、非掺杂高温gan层和高掺高温n-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，所述位错湮灭层的周期数为2～30；

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3d低掺高温n-gan层的n型掺杂元素为si，si的掺杂浓度为5×1017cm-3～3×1018cm-3；

4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述非掺杂高温gan层的厚度为0.2μm～2μm。

5.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述高掺高温n-gan层的厚度为2μm～8μm，n型掺杂元素为si，si的掺杂浓度为8×1018cm-3～5×1019cm-3。

6.如权利要求1～5任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述3d低温gan层生长完成后，在h2气氛下处理，处理温度为1080℃～1200℃，处理压力为20torr～300torr，处理时间为15s～120s。

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3d低温gan层的生长温度为1000℃～1060℃，生长压力为20torr～300torr；

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，所述非掺杂高温gan层的生长温度为1120℃～1200℃，生长压力为20torr～300torr；

10.一种led，其特征在于，包括如权利要求1～6任一项所述的一种发光二极管外延片。

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，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所述衬底上的缓冲层、N型半导体层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，所述N型半导体层包括依次层叠的位错湮灭层、非掺杂高温GaN层和高掺高温N‑GaN层；其中，所述位错湮灭层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的3D低温GaN层、3D低掺高温N‑GaN层和2D低掺高温N‑GaN层。实施本发明，可提升LED的发光效率。

技术研发人员：舒俊,程龙,高虹,郑文杰,印从飞,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：2024/2/29