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，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、gan基蓝光发光二极管的问世，推动了以iii族氮化物为基础的led的研究，使得半导体固态照明技术得到了迅速的发展。与传统的照明设备（白炽灯、荧光灯）相比，led具有亮度高、寿命长、节能环保等优点。gan基蓝光发光二极管的核心结构为有源区，一般是由ingan量子阱层和algan量子垒层周期性交替层叠形成的复合结构，可以有效限制载流子，提高led的发光效率。然而，这种周期性的异质结结构也会引入一系列问题影响led的发光性能。其中，algan量子垒层与ingan量子阱层存在较大的极化效应，导致电子与空穴波函数分离，此外，沉积的多量子阱层温度较低，晶体质量较差，导致led内量子效率下降，从而造成led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，能够提高载流子在有源层的复合效率，从而提高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，工艺简单，制得的发光二极管外延片发光效率高。

3、为达到上述技术效果，本发明提供了一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、有源层、电子阻挡层和p型gan层，所述有源层包括超晶格层、末阱层和末垒层；

4、所述超晶格层包括交替层叠的势阱层和势垒层，所述势阱层为ingan层；所述势垒层包括依次层叠的c掺杂ingan层、c-si共掺杂algan层和c掺杂gan层；

5、所述末阱层为ingan末阱层，所述末垒层包括依次层叠的c掺杂ingan末垒层和c掺杂algan末垒层。

6、作为上述技术方案的改进，所述超晶格层包括依次层叠的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，所述第一超晶格层包括交替层叠的第一势阱层和第一势垒层，所述第一势阱层为ingan层，所述第一势垒层包括依次层叠的第一c掺杂ingan层、第一c-si共掺杂algan层和第一c掺杂gan层；所述第二超晶格层包括交替层叠的第二势阱层和第二势垒层，所述第二势阱层为ingan层，所述第二势垒层包括依次层叠的第二c掺杂ingan层、第二c-si共掺杂algan层和第二c掺杂gan层；所述第三超晶格层包括交替层叠的第三势阱层和第三势垒层，所述第三势阱层为ingan层，所述第三势垒层包括依次层叠的第三c掺杂ingan层、第三c-si共掺杂algan层和第三c掺杂gan层；

7、所述第一势垒层、第二势垒层、第三势垒层的c掺杂浓度递减；

8、所述末垒层的c掺杂浓度与所述第二势垒层的c掺杂浓度相同。

9、作为上述技术方案的改进，所述第一势垒层、第二势垒层、第三势垒层和末垒层的c掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1017cm-3。

10、作为上述技术方案的改进，所述第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层的周期数为1~10，所述第二超晶格层的周期数大于所述第一超晶格层和第三超晶格层的周期数，所述第一超晶格层的周期数与所述第三超晶格层的周期数相同。

11、作为上述技术方案的改进，所述第一c掺杂ingan层、第二c掺杂ingan层和第三c掺杂ingan层的厚度为0.5nm~5nm，in组分占比为0.01~0.3，in组分占比沿外延方向逐渐下降，c掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1017cm-3；

12、所述第一c-si共掺杂algan层、第二c-si共掺杂algan层和第三c-si共掺杂algan层的厚度为1nm~10nm，al组分占比为0.01~0.2，c掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1017cm-3，si掺杂浓度为1×1017cm-3~1×1018cm-3；

13、所述第一c掺杂gan层、第二c掺杂gan层和第三c掺杂gan层的厚度为1nm~10nm，c掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1017cm-3。

14、作为上述技术方案的改进，所述c掺杂ingan末垒层的厚度为0.5nm~5nm，in组分占比为0.01~0.3，in组分占比沿外延方向逐渐下降，c掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1017cm-3；

15、所述c掺杂algan末垒层的厚度为1nm~20nm，al组分占比为0.01~0.2，c掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1017cm-3。

16、作为上述技术方案的改进，所述第一势阱层、第二势阱层和第三势阱层的厚度为1nm~10nm，in组分占比为0.01~0.5；

17、所述末阱层的厚度为1nm~10nm，in组分占比为0.01~0.5。

18、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，包括以下步骤：

19、提供一衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、有源层、电子阻挡层和p型gan层，所述有源层包括超晶格层、末阱层和末垒层；

20、所述超晶格层包括交替层叠的势阱层和势垒层，所述势阱层为ingan层；所述势垒层包括依次层叠的c掺杂ingan层、c-si共掺杂algan层和c掺杂gan层；

21、所述末阱层为ingan末阱层，所述末垒层包括依次层叠的c掺杂ingan末垒层和c掺杂algan末垒层。

22、作为上述技术方案的改进，所述势阱层和末阱层的生长温度为700℃~900℃，生长压力为50torr~500torr；

23、所述势垒层和末垒层的生长温度为800℃~1000℃，生长压力为50torr~500torr。

24、相应的，本发明还公开了一种发光二极管，包括上述的发光二极管外延片。

25、实施本发明实施例，具有如下有益效果：

26、本发明的有源层包括超晶格层、末阱层和末垒层，超晶格层的势阱层为ingan层，势垒层包括依次层叠的c掺杂ingan层、c-si共掺杂algan层和c掺杂gan层，末阱层为ingan末阱层，末垒层包括依次层叠的c掺杂ingan末垒层和c掺杂algan末垒层。超晶格层的势垒层中，c掺杂ingan层可以减少与势阱层的晶格失配，从而降低势阱层极化效应；c-si共掺杂algan层的势垒较高，可以减少电子溢流至p型层，还可以屏蔽有源层缺陷及势阱内的压电场作用，提高晶体质量，改善载流子在有源区的均匀性，提高电子和空穴的波函数重叠，提高发光二极管的发光效率；c掺杂gan层可以降低晶格失配，降低量子阱层极化效应，避免因algan材料势垒过大导致工作电压升高的同时，进一步减少电子溢流至p型层。末垒层中，c掺杂ingan末垒层可以降低势阱层的极化效应，避免因势垒过大导致的工作电压升高，c掺杂algan末垒层中不掺杂si，减少空穴与电子在此发生的非辐射复合，还可以减少电子溢流至p型层发生非辐射复合，从而提升发光二极管的发光效率。

技术特征：

1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、有源层、电子阻挡层和p型gan层，所述有源层包括超晶格层、末阱层和末垒层；

2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述超晶格层包括依次层叠的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，所述第一超晶格层包括交替层叠的第一势阱层和第一势垒层，所述第一势阱层为ingan层，所述第一势垒层包括依次层叠的第一c掺杂ingan层、第一c-si共掺杂algan层和第一c掺杂gan层；所述第二超晶格层包括交替层叠的第二势阱层和第二势垒层，所述第二势阱层为ingan层，所述第二势垒层包括依次层叠的第二c掺杂ingan层、第二c-si共掺杂algan层和第二c掺杂gan层；所述第三超晶格层包括交替层叠的第三势阱层和第三势垒层，所述第三势阱层为ingan层，所述第三势垒层包括依次层叠的第三c掺杂ingan层、第三c-si共掺杂algan层和第三c掺杂gan层；

3.如权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一势垒层、第二势垒层、第三势垒层和末垒层的c掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1017cm-3。

4.如权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层的周期数为1~10，所述第二超晶格层的周期数大于所述第一超晶格层和第三超晶格层的周期数，所述第一超晶格层的周期数与所述第三超晶格层的周期数相同。

5.如权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一c掺杂ingan层、第二c掺杂ingan层和第三c掺杂ingan层的厚度为0.5nm~5nm，in组分占比为0.01~0.3，in组分占比沿外延方向逐渐下降，c掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1017cm-3；

6.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述c掺杂ingan末垒层的厚度为0.5nm~5nm，in组分占比为0.01~0.3，in组分占比沿外延方向逐渐下降，c掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1017cm-3；

7.如权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一势阱层、第二势阱层和第三势阱层的厚度为1nm~10nm，in组分占比为0.01~0.5；

8.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1~7任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述势阱层和末阱层的生长温度为700℃~900℃，生长压力为50torr~500torr；

10.一种发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括如权利要求1~7中任一项所述的发光二极管外延片。

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、发光二极管，涉及半导体技术领域。其中，所述发光二极管外延片包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层，所述有源层包括超晶格层、末阱层和末垒层；所述超晶格层包括交替层叠的势阱层和势垒层，所述势阱层为InGaN层；所述势垒层包括依次层叠的C掺杂InGaN层、C‑Si共掺杂AlGaN层和C掺杂GaN层；所述末阱层为InGaN末阱层，所述末垒层包括依次层叠的C掺杂InGaN末垒层和C掺杂AlGaN末垒层。实施本发明，能够提高载流子在有源层的辐射复合效率，从而提高发光二极管的发光效率。

技术研发人员：程龙,郑文杰,高虹,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：2024/4/7