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、随着技术的更新和设备的迭代，gan基发光二极管已应用于显示、照明、医疗等领域，并且不断朝着高光效、微型化、集成化的方向发展，吸引着研究者们的广泛关注。作为led外延结构的核心区，多量子阱有源区一直被作为重点研究。gan基发光二极管的有源区一般是由低温的ingan量子阱与高温的gan量子垒层交叠生长获得的周期性结构。在gan基发光二极管中，由于电子具有比空穴更小的有效质量和更高的迁移速率，因此注入到多量子阱有源区的电子浓度远大于空穴浓度，并且空穴向量子阱注入过程还受到量子垒的阻挡，导致能够实际发光的量子阱主要集中靠近p型半导体层的最后几个阱中，有源层中空穴浓度不足，导致光效降低，多量子阱有源区的空穴分布不均匀，影响抗静电能力，尤其在大电流密度下，这种现象更为明显。常见的做法是采用高势垒的algan阻挡电子的溢出，此法会同时造成空穴注入受阻，引起正向工作电压升高。

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，提高抗静电能力，降低工作电压。

2、本发明还要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管，其发光效率高、抗静电能力高、工作电压低。

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、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，所述多量子阱层包括依次层叠的第一多量子阱层、第二多量子阱层和第三多量子阱层；

4、其中，所述第一多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的第一量子阱层和第一量子垒层，所述第一量子垒层包括依次层叠的第一gan层、第一zn掺ingan层、第一bgan层和第一si掺gan层；

5、所述第二多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的第二量子阱层和第二量子垒层，所述第二量子垒层包括依次层叠的第二gan层、第二zn掺ingan层、第二bgan层和第二si掺gan层；

6、所述第三多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的第三量子阱层和第三量子垒层，所述第三量子垒层包括依次层叠的第三gan层和第三si掺gan层；

7、所述第一量子垒层的厚度＞所述第二量子垒层的厚度＞所述第三量子垒层的厚度；

8、所述第一si掺gan层中si的掺杂浓度＞所述第二si掺gan层中si的掺杂浓度＞所述第三si掺gan层中si的掺杂浓度；

9、所述第一zn掺ingan层中zn的掺杂浓度＞所述第二zn掺ingan层中zn的掺杂浓度。

10、作为上述方案的改进，所述第一量子垒层的厚度为10nm~20nm，所述第二量子垒层的厚度为8nm~18nm，所述第三量子垒层的厚度为8nm~16nm。

11、作为上述方案的改进，所述第一si掺gan层中si的掺杂浓度为5.5×1016cm-3~2.5×1017cm-3，所述第二si掺gan层中si的掺杂浓度为5.5×1016cm-3~1.5×1017cm-3，所述第三si掺gan层中si的掺杂浓度为2.5×1016cm-3~1.5×1017cm-3。

12、作为上述方案的改进，所述第一zn掺ingan层中zn的掺杂浓度为3.2×1017cm-3~6.2×1017cm-3，in组分的占比为0.07~0.1；所述第二zn掺ingan层中zn的掺杂浓度为2.2×1017cm-3~4.8×1017cm-3，in组分的占比为0.03~0.07。

13、作为上述方案的改进，所述第一多量子阱层的周期数为3~7，每个第一gan层的厚度为2.5nm~5nm，每个第一zn掺ingan层的厚度为2.5nm~5nm，每个第一bgan层的厚度为2.5nm~5nm，每个第一si掺gan层的厚度为2.5nm~5nm；

14、所述第二多量子阱层的周期数为3~7，每个第二gan层的厚度为2nm~4.5nm，每个第二zn掺ingan层的厚度为2nm~4.5nm，每个第二bgan层的厚度为2nm~4.5nm，每个第二si掺gan层的厚度为2nm~4.5nm；

15、所述第三多量子阱层的周期数为2~3，每个第三gan层的厚度为4nm~8nm，第三si掺gan层的厚度为4nm~8nm。

16、作为上述方案的改进，所述第一bgan层中b组分的占比为0.3~0.5，所述第二bgan层中b组分的占比为0.2~0.4。

17、作为上述方案的改进，所述第一量子阱层中in组分的占比为0.2~0.4，每个第一量子阱层的厚度为2.5nm~4.5nm；

18、所述第二量子阱层中in组分的占比为0.2~0.4，每个第二量子阱层的厚度为2.5nm~4.5nm；

19、所述第三量子阱层中in组分的占比为0.2~0.4，每个第三量子阱层的厚度为2.5nm~4.5nm。

20、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：

21、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，所述多量子阱层包括依次层叠的第一多量子阱层、第二多量子阱层和第三多量子阱层；

22、其中，所述第一多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的第一量子阱层和第一量子垒层，所述第一量子垒层包括依次层叠的第一gan层、第一zn掺ingan层、第一bgan层和第一si掺gan层；

23、所述第二多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的第二量子阱层和第二量子垒层，所述第二量子垒层包括依次层叠的第二gan层、第二zn掺ingan层、第二bgan层和第二si掺gan层；

24、所述第三多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的第三量子阱层和第三量子垒层，所述第三量子垒层包括依次层叠的第三gan层和第三si掺gan层；

25、所述第一量子垒层的厚度＞所述第二量子垒层的厚度＞所述第三量子垒层的厚度；

26、所述第一si掺gan层中si的掺杂浓度＞所述第二si掺gan层中si的掺杂浓度＞所述第三si掺gan层中si的掺杂浓度；

27、所述第一zn掺ingan层中zn的掺杂浓度＞所述第二zn掺ingan层中zn的掺杂浓度。

28、作为上述方案的改进，所述第一量子阱层、所述第二量子阱层和所述第三量子阱层的生长温度均为700℃~750℃，生长压力均为100torr~150torr；

29、所述第一gan层、所述第二gan层和所述第三gan层的生长温度均为830℃~860℃，生长压力均为100torr~150torr；

30、所述第一zn掺ingan层和所述第二zn掺ingan层的生长温度均为830℃~860℃，生长压力均为100torr~150torr；

31、所述第一bgan层和所述第二bgan层的生长温度均为860℃~900℃，生长压力均为100torr~150torr；

32、所述第一si掺gan层、所述第二si掺gan层和所述第三si掺gan层的生长温度均为860℃~900℃，生长压力均为100torr~150torr。

33、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。

34、实施本发明，具有如下有益效果：

35、1. 本发明的发光二极管外延片中，多量子阱层包括依次层叠的第一多量子阱层、第二多量子阱层和第三多量子阱层；其中，第一多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的第一量子阱层和第一量子垒层，第一量子垒层包括依次层叠的第一gan层、第一zn掺ingan层、第一bgan层和第一si掺gan层；第二多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的第二量子阱层和第二量子垒层，第二量子垒层包括依次层叠的第二gan层、第二zn掺ingan层、第二bgan层和第二si掺gan层；第三多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的第三量子阱层和第三量子垒层，第三量子垒层包括依次层叠的第三gan层和第三si掺gan层；第一量子垒层的厚度＞第二量子垒层的厚度＞第三量子垒层的厚度；第一si掺gan层中si的掺杂浓度＞第二si掺gan层中si的掺杂浓度＞第三si掺gan层中si的掺杂浓度；第一zn掺ingan层中zn的掺杂浓度＞第二zn掺ingan层中zn的掺杂浓度。

36、首先，本发明引入第一zn掺ingan层和第二zn掺ingan层，zn的掺杂可补充多量子阱层中的空穴；并且第一zn掺ingan层中zn的掺杂浓度＞第二zn掺ingan层中zn的掺杂浓度，使得多量子阱层中空穴分布更均匀，提高发光二极管的抗静电能力；in的引入一方面可降低zn的活化能，另一方面也可以减少与阱层的晶格失配，降低极化电场强度，提高发光效率；

37、其次，本发明引入第一bgan层和第二bgan层，实现分级阻挡迁移电子，提高不同区域内的电子浓度，综合提高阱内电子与空穴的复合浓度，提高发光效率；

38、再者，本发明引入第一si掺gan层、第二si掺gan层和第三si掺gan层，一方面，bgan材料与si掺gan材料的应力差可部分抵消阱垒之间的应力差，提高电子与空穴波函数的重叠程度，提高发光效率；另一方面，可增加垒层的电导率，减少电阻，降低工作电压；

39、最后，本发明对多量子阱层中的垒层进行空穴补偿、渐变掺杂、分段掺杂的综合设计，提升了阱垒界面的晶体质量，提高了多量子阱层中电子和空穴的浓度，使得电子和空穴分布更均匀，提高复合效率，提高发光二极管光效的同时，提高了抗静电能力，降低了工作电压。