GaN基绿光LED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gan基绿光led外延片及其制备方法、led。

背景技术：

1、gan基发光器件以其光效高、体积小、寿命长等优势获得了长足的发展，已经广泛应用于照明、指示、背光等领域。主流的gan基发光器件中，外延片的量子阱和量子垒材料通常由ingan和gan组成；一般来说，生长高in组分绿光ingan量子阱需要更低的生长温度，在低温下，nh3裂解率低，原子迁移率降低，导致活性n源减少，点缺陷增多；同时，随着in组分增加，ingan/gan量子阱垒间晶格失配和热失配变大，失配应力的累积会造成ingan量子阱内电子空穴重叠变小，造成发光效率的降低；并且，这种压应力累积到一定程度后还会导致ingan量子阱中产生大量的失配位错/堆垛层错，ingan量子阱中的金属in很容易在其表面偏析形成富in团簇，甚至in滴，这些缺陷为非辐射复合提供了通道，严重恶化了绿光led的发光效率及其可靠性。

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gan基绿光led外延片及其制备方法，其可提升led的发光效率，降低工作电压。

2、本发明还要解决的技术问题在于，提供一种gan基绿光led，其发光效率高、工作电压低。

3、为了解决上述问题，本发明公开了一种gan基绿光led外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、本征gan层、n型gan层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、p型gan层和欧姆接触层，所述多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括量子阱层和量子垒层，所述量子垒层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的ingan层、bingan层和si掺ingan层；

4、所述量子阱层中in组分的占比＞所述量子垒层中in组分的占比；

5、所述ingan层中in组分的占比＞所述bingan层中in组分的占比；

6、所述si掺ingan层中in组分的占比＞所述bingan层中in组分的占比。

7、作为上述技术方案的改进，所述量子阱层中in组分的占比为0.25~0.4，所述ingan层中in组分的占比为0.1~0.15，所述bingan层中in组分的占比为0.03~0.06，所述si掺ingan层中in组分的占比为0.07~0.1。

8、作为上述技术方案的改进，所述量子垒层的周期数为2~3，每个ingan层的厚度为2nm~4nm，每个bingan层的厚度为2nm~4nm，每个si掺ingan层的厚度为2nm~4nm。

9、作为上述技术方案的改进，所述bingan层中b组分的占比为0.25~0.5。

10、作为上述技术方案的改进，所述si掺ingan层中si的掺杂浓度为2.5×1017cm-3~5.5×1017cm-3。

11、作为上述技术方案的改进，所述ingan层、所述bingan层和所述si掺ingan层中的in源为脉冲式通入，每次通入时间为10s，每次间隔时间为10s，各层中的in源通入量保持不变。

12、相应的，本发明还公开了一种gan基绿光led外延片的制备方法，用于制备上述的gan基绿光led外延片，其包括：

13、提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、本征gan层、n型gan层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、p型gan层和欧姆接触层，所述多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括量子阱层和量子垒层，所述量子垒层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的ingan层、bingan层和si掺ingan层；

14、所述量子阱层中in组分的占比＞所述量子垒层中in组分的占比；

15、所述ingan层中in组分的占比＞所述bingan层中in组分的占比；

16、所述si掺ingan层中in组分的占比＞所述bingan层中in组分的占比。

17、作为上述技术方案的改进，所述量子阱层的生长温度＜所述量子垒层的生长温度；

18、所述ingan层的生长温度＜所述bingan层的生长温度；

19、所述si掺ingan层的生长温度＜所述bingan层的生长温度。

20、作为上述技术方案的改进，所述量子阱层的生长温度为700℃~750℃，生长压力为100torr~150torr；

21、所述ingan层的生长温度为810℃~830℃，生长压力为100torr~150torr；

22、所述bingan层的生长温度为850℃~870℃，生长压力为100torr~150torr；

23、所述si掺ingan层的生长温度为830℃~850℃，生长压力为100torr~150torr。

24、相应的，本发明还公开了一种gan基绿光led，其包括上述的gan基绿光led外延片。

25、实施本发明，具有如下有益效果：

26、1. 本发明的gan基绿光led外延片中，量子垒层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的ingan层、bingan层和si掺ingan层；

27、第一，含in的量子垒层可减少与量子阱层之间的失配，减少失配位错，降低阱垒之间的极化场强度，减少电子和空穴的分离程度，提高发光效率；

28、第二，量子垒内的ingan层、bingan层和si掺ingan层之间的相互作用可抵消阱垒之间的失配应力，进一步增强电子与空穴波函数之间的重叠概率，提高发光效率，并且，由于应力减少，使得量子阱层中in分布更均匀，in组分偏析现象明显减少，提高led的可靠性；

29、第三，量子垒层中ingan层、bingan层和si掺ingan层周期性生长，有利于电子横向扩展和空穴的注入，降低工作电压；

30、第四，量子垒层中引入bingan层，对多量子阱层中的迁移电子起到一定的阻挡作用，提高电子和空穴的复合几率，提高发光效率；

31、第五，量子垒层中引入si掺ingan层，可增加量子垒层的电导率，减少电阻，降低工作电压；

32、第六，与量子阱层连接的ingan层和si掺ingan层中in组分的占比稍高，即每个量子垒层中in组分的占比先减小再增大，使得与量子阱层连接的ingan层和si掺ingan层生长温度较低，减少对量子阱层的破坏，提高量子阱层的晶体质量，减少缺陷，提高发光效率。

33、2. 本发明的gan基绿光led外延片中，量子垒层的周期数为2~3，避免过多的垒内循环造成量子垒层的晶体质量下降。

34、3. 本发明的gan基绿光led外延片中，ingan层、bingan层和si掺ingan层中的in源为脉冲式通入，实现量子垒层内in含量渐变，避免过多的in掺杂引起晶格质量下降。

技术特征：

1.一种gan基绿光led外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、本征gan层、n型gan层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、p型gan层和欧姆接触层，所述多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括量子阱层和量子垒层，其特征在于，所述量子垒层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的ingan层、bingan层和si掺ingan层；

2.如权利要求1所述的gan基绿光led外延片，其特征在于，所述量子阱层中in组分的占比为0.25~0.4，所述ingan层中in组分的占比为0.1~0.15，所述bingan层中in组分的占比为0.03~0.06，所述si掺ingan层中in组分的占比为0.07~0.1。

3.如权利要求1所述的gan基绿光led外延片，其特征在于，所述量子垒层的周期数为2~3，每个ingan层的厚度为2nm~4nm，每个bingan层的厚度为2nm~4nm，每个si掺ingan层的厚度为2nm~4nm。

4.如权利要求1所述的gan基绿光led外延片，其特征在于，所述bingan层中b组分的占比为0.25~0.5。

5.如权利要求1所述的gan基绿光led外延片，其特征在于，所述si掺ingan层中si的掺杂浓度为2.5×1017cm-3~5.5×1017cm-3。

6.如权利要求1~5任一项所述的gan基绿光led外延片，其特征在于，所述ingan层、所述bingan层和所述si掺ingan层中的in源为脉冲式通入，每次通入时间为10s，每次间隔时间为10s，各层中的in源通入量保持不变。

7.一种gan基绿光led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gan基绿光led外延片，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的gan基绿光led外延片的制备方法，其特征在于，所述量子阱层的生长温度＜所述量子垒层的生长温度；

9.如权利要求8所述的gan基绿光led外延片的制备方法，其特征在于，所述量子阱层的生长温度为700℃~750℃，生长压力为100torr~150torr；

10.一种gan基绿光led，其特征在于，包括如权利要求1~6任一项所述的gan基绿光led外延片。

技术总结
本发明公开了一种GaN基绿光LED外延片及其制备方法、LED，涉及半导体光电器件领域。GaN基绿光LED外延片依次包括衬底、缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层和欧姆接触层，多量子阱层包括量子阱层和量子垒层，量子垒层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的InGaN层、BInGaN层和Si掺InGaN层；量子阱层中In组分的占比＞量子垒层中In组分的占比；InGaN层中In组分的占比＞BInGaN层中In组分的占比；Si掺InGaN层中In组分的占比＞BInGaN层中In组分的占比。实施本发明，可提升发光二极管的发光效率、降低工作电压。

技术研发人员：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：2024/1/15