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、氮化镓材料作为第三代半导体的典型代表，由于其具有禁带宽度大，电子迁移率高等特点，已经成为未来半导体领域最有可能的材料。尤其是氮化镓基器件在微波、毫米波频段广泛应用于无线通信、雷达等电子系统，在光电子和微电子领域具有十分广阔的发展前景。

2、现在通常采用外延结构为衬底，缓冲层，n型层，发光层，电子阻挡层和p型层，主要发光来源为发光层。但随着工作电流密度相应的增加，由俄歇复合和载流子泄露效应产生的droop效应会严重的影响led的载流子注入效率，从而进一步影响光输出功率。目前提出通过对电子阻挡层(ebl)进行结构设计，利用极化效应进行能带结构调制，以来增加空穴的注入效率，同时减少电子泄露造成的droop效应影响。然而，由于空穴和电子有效质量的差异，空穴和电子在gan材料中的迁移能力有着很大的差别，空穴的迁移率远小于电子；调节电子阻挡层结构，往往会降低空穴的注入效率，导致发光效率下降。

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。

2、为了解决上述问题，本发明公开了一种发光二极管外延片，其包括衬底，依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、v坑控制层、多量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层；所述v坑控制层包括依次层叠于所述n型gan层上的第一阶梯层、第二阶梯层和第三阶梯层；

3、所述第一阶梯层为n型alwinxga1-w-xn层和bn层交替层叠形成的周期性结构，所述第二阶梯层为n型alyinzga1-y-zn层和bαinβga1-α-βn层交替层叠形成的周期性结构，所述第三阶梯层为n型alγinδga1-γ-δn层和si3n4层交替层叠形成的周期性结构；

4、其中，0.01≤w≤y≤γ≤0.1，0.01≤x≤z≤δ≤0.1，α＜y，z≤β。

5、作为上述技术方案的改进，所述第一阶梯层的周期数为5～10，所述n型alwinxga1-w-xn层的厚度为3nm～5nm，w为0.01～0.06，x为0.01～0.05，其掺杂浓度为1×1017cm-3～5×1018cm-3；

6、所述bn层的厚度为3nm～5nm。

7、作为上述技术方案的改进，所述第二阶梯层的周期数为3～12，所述n型alyinzga1-y-zn层的厚度为2nm～4nm，y为0.03～0.08，z为0.02～0.07，其掺杂浓度为1×1017cm-3～5×1018cm-3；

8、所述bαinβga1-α-βn层的厚度为2nm～4nm，α为0.2～0.6，β为0.03～0.08。

9、作为上述技术方案的改进，所述第三阶梯层的周期数为2～4，所述n型alγinδga1-γ-δn层的厚度为3nm～5nm，γ为0.05～0.09，δ为0.04～0.09，其掺杂浓度为1×1015cm-3～1×1017cm-3；

10、所述si3n4层的厚度为3nm～5nm。

11、作为上述技术方案的改进，沿外延片生长方向，所述n型alwinxga1-w-xn层中的al组分呈递减变化，in组分呈递增变化，所述n型alyinzga1-y-zn层中的al组分呈递减变化，in组分呈递增变化，所述n型alγinδga1-γ-δn层中的al组分呈递减变化，in组分呈递增变化。

12、作为上述技术方案的改进，所述n型alwinxga1-w-xn层的掺杂浓度大于所述n型alγinδga1-γ-δn层的掺杂浓度；

13、所述n型alyinzga1-y-zn层的掺杂浓度大于所述n型alγinδga1-γ-δn层的掺杂浓度；

14、所述n型alwinxga1-w-xn层的掺杂浓度与所述n型alyinzga1-y-zn层的掺杂浓度相同或不同。

15、作为上述技术方案的改进，沿外延片生长方向，所述n型alγinδga1-γ-δn层的掺杂浓度呈递减变化。

16、作为上述技术方案的改进，所述多量子阱层为ingan量子阱层与algan量子垒层交替层叠形成的周期性结构，其周期数为6～12；

17、所述ingan量子阱层的厚度为2nm～5nm，其in组分占比为0.15～0.25；

18、所述algan量子垒层的厚度为5nm～15nm，其al组分占比为0.01～0.1。

19、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：

20、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、v坑控制层、多量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层；所述v坑控制层包括依次层叠于所述n型gan层上的第一阶梯层、第二阶梯层和第三阶梯层；

21、所述第一阶梯层为n型alwinxga1-w-xn层和bn层交替层叠形成的周期性结构，所述第二阶梯层为n型alyinzga1-y-zn层和bαinβga1-α-βn层交替层叠形成的周期性结构，所述第三阶梯层为n型alγinδga1-γ-δn层和si3n4层交替层叠形成的周期性结构；

22、其中，0.01≤w≤y≤γ≤0.1，0.01≤x≤z≤δ≤0.1，α＜y，z≤β；

23、其中，所述v坑控制层的生长温度为850℃～1050℃，生长压力为100torr～300torr。

24、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。

25、实施本发明，具有如下有益效果：

26、本发明的发光二极管外延片中，在n型gan层和多量子阱层之间设置了v坑控制层，其包括依次层叠的第一阶梯层、第二阶梯层和第三阶梯层；第一阶梯层为n型alwinxga1-w-xn层和bn层交替层叠形成的周期性结构，第二阶梯层为n型alyinzga1-y-zn层和bαinβga1-α-βn层交替层叠形成的周期性结构，第三阶梯层为n型alγinδga1-γ-δn层和si3n4层交替层叠形成的周期性结构；且0.01≤w≤y≤γ≤0.1，0.01≤x≤z≤δ≤0.1，α＜y，z≤β。上述的外延片中，第一阶梯层中的bn层的能带较高，可以减少电子流进多量子阱层中，减少过多的电子发生溢流，同时，bn层与n型alwinxga1-w-xn层交替层叠组成的周期性结构可以不断地释放底层的压应力，提高晶体质量，减少缺陷的产生。第二阶梯层的bαinβga1-α-βn层中掺杂的b/in调制能带促进参与有效复合电子流入多量子阱层中，加强电子的注入效率，降低工作电压，此外，n型alyinzga1-y-zn层和bαinβga1-α-βn层的晶格差异较小，可进一步的释放压应力，提高晶体质量。第三阶梯层中周期生长的si3n4层可以不断有效的阻挡缺陷的延伸，从而控制v型坑的产生，减少v型坑的密度和深度，从而弱化efficiency droop效应。此外，第一阶梯层、第二阶梯层、第三阶梯层均引入了n型掺杂，这可以增加电流扩展能力，降低电阻率，第三阶梯层中n型掺杂浓度较低，是为了防止n型掺杂延伸到发光层以至p型层中，减少非有效性复合和发光层的晶体质量。