发光二极管外延片及其制备方法、LED与流程

本发明涉及光电，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、有源层电子与空穴的复合效率与发光二极管的发光效率息息相关。有源层包含量子阱层与量子垒层。为了提高电子与空穴的波函数耦合度，减少电子溢流进p型层，提高电子与空穴在有源层的均匀分布，通常量子垒层采用algan材料。三波段的有源层由于不同波段的量子阱的ingan的in组分不同，如果采用相同的量子垒结构，量子阱层与量子垒层晶格失配增大，量子阱极化效应增强，使电子和空穴在量子阱内发生空间分离，降低辐射复合效率。

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，其能够降低有源层极化效应，提高势垒高度，减少电子溢流，促进载流子在有源层均匀分布，提高载流子在有源层复合效率，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，其工艺简单，能够稳定制得发光效率良好的发光二极管外延片。

3、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发光二极管外延片，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、有源层、电子阻挡层、p型gan层；

4、所述有源层包括至少一组交替层叠的长波量子阱层和长波量子垒层、至少一组交替层叠的中波量子阱层和中波量子垒层和至少一组交替层叠的短波量子阱层和短波量子垒层，所述长波量子阱层和长波量子垒层中载流子辐射复合时所发出的光子的波长范围为460nm~470nm，所述中波量子阱层和中波量子垒层中载流子辐射复合时所发出的光子的波长范围为450nm~460nm，所述短波量子阱层和短波量子垒层中载流子辐射复合时所发出的光子的波长范围为440nm~450nm。

5、在一些实施方式中，所述长波量子垒层包括依次层叠的第一c掺杂gan层、第一c/si共掺杂gan层、第二c掺杂gan层、第二c/si共掺杂gan层、第三c掺杂gan层。

6、在一些实施方式中，所述长波量子垒层的厚度为5nm~20nm；

7、所述第一c掺杂gan层的厚度：所述第一c/si共掺杂gan层的厚度：所述第二c掺杂gan层的厚度：所述第二c/si共掺杂gan层的厚度：所述第三c掺杂gan层=1：（1~10）：1：（1~10）：1；

8、所述第一c掺杂gan层或所述第一c/si共掺杂gan层或所述第二c掺杂gan层或所述第二c/si共掺杂gan层或所述第三c掺杂gan层的c掺杂浓度为1×1016atoms/cm3~1×1018atoms/cm3；

9、所述第一c/si共掺杂gan层或所述第二c/si共掺杂gan层的si掺杂浓度为1×1017atoms/cm3~1×1018atoms/cm3。

10、在一些实施方式中，所述中波量子垒层包括依次层叠的第一aln层、第四c掺杂gan层、第一c/si共掺杂algan层、第五c掺杂gan层。

11、在一些实施方式中，所述中波量子垒层的厚度为5nm~18nm；

12、所述第一aln层的厚度：所述第四c掺杂gan层的厚度：第一c/si共掺杂algan层：所述第五c掺杂gan层=1：（2~10）：（10~50）：（2~10）；

13、所述第四c掺杂gan层或所述第一c/si共掺杂algan层或所述第五c掺杂gan层的c掺杂浓度为1×1016atoms/cm3~9×1017atoms/cm3；

14、所述第一c/si共掺杂algan层的si掺杂浓度为2×1017atoms/cm3~1×1018atoms/cm3。

15、在一些实施方式中，所述短波量子垒层包括依次层叠的第二aln层、第六c掺杂gan层、第二c/si共掺杂algan层、第七c掺杂gan层。

16、在一些实施方式中，所述短波量子垒层的厚度为5nm~15nm；

17、所述第二aln层的厚度：所述第六c掺杂gan层的厚度：所述第二c/si共掺杂algan层的厚度：所述第七c掺杂gan层=1：（2~10）：（10~50）：（2~10）；

18、所述第六c掺杂gan层或所述第二c/si共掺杂algan层或所述第七c掺杂gan层的c掺杂浓度为1×1016atoms/cm3~8×1017atoms/cm3；

19、所述第二c/si共掺杂algan层的si掺杂浓度为3×1017atoms/cm3~1×1018atoms/cm3。

20、在一些实施方式中，所述长波量子阱层或所述中波量子阱层或所述短波量子阱层为ingan层。

21、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：

22、s1、提供衬底；

23、s2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、有源层、电子阻挡层、p型gan层；

24、所述有源层包括至少一组交替层叠的长波量子阱层和长波量子垒层、至少一组交替层叠的中波量子阱层和中波量子垒层和至少一组交替层叠的短波量子阱层和短波量子垒层，所述长波量子阱层和长波量子垒层中载流子辐射复合时所发出的光子的波长范围为460nm~470nm，所述中波量子阱层和中波量子垒层中载流子辐射复合时所发出的光子的波长范围为450nm~460nm，所述短波量子阱层和短波量子垒层中载流子辐射复合时所发出的光子的波长范围为440nm~450nm。

25、实施本发明，具有如下有益效果：

26、本发明提供的发光二极管外延片，其有源层包括至少一组交替层叠的长波量子阱层和长波量子垒层、至少一组交替层叠的中波量子阱层和中波量子垒层和至少一组交替层叠的短波量子阱层和短波量子垒层。

27、进一步地，所述长波量子垒层为gan层不含有al，可以减少长波量子阱高in组分ingan层的晶格失配产生的极化效应。较高的c掺杂浓度又可以使v-pits开口扩大，较低的si掺杂调制量子阱的极化效应，提高载流子的注入到量子阱层复合效率。

28、所述中波量子垒层通过设置多个高势垒层，减少电子溢流至p型gan层，降低发光二极管的非辐射复合。所述中波量子垒层包括依次层叠的第一aln层、第四c掺杂gan层、第一c/si共掺杂algan层、第五c掺杂gan层。一方面可以屏蔽外延层缺陷，提高晶体质量，另一方面也可以调控c-si掺杂浓度屏蔽量子阱内的压电场作用，还可以调控空穴的注入深度，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。

29、所述短波量子垒层的厚度较薄，具有更高的al组分提高势垒，减少电子溢流，另外其c掺杂浓度较低使v-pits开口缩小，增大短波量子阱层发光面积，提高发光效率。

30、综上，本发明通过设计高质量的量子阱层，电子与空穴被局域在量子阱层中，提高量子阱层辐射复合效率。生长多周期的有源层，提高量子限制效应，电子和空穴被局域在多量子阱中，从而提高电子和空穴波函数的交叠，进而提升辐射复合速率。本发明设置不同波段垒层降低有源层极化效应，提高势垒高度，减少电子溢流，促进载流子在有源层均匀分布，提高载流子在有源层复合效率，提高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，所述衬底上依次设有缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、有源层、电子阻挡层、p型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，所述长波量子垒层包括依次层叠的第一c掺杂gan层、第一c/si共掺杂gan层、第二c掺杂gan层、第二c/si共掺杂gan层、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，所述长波量子垒层的厚度为5nm~20nm；

4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述中波量子垒层包括依次层叠的第一aln层、第四c掺杂gan层、第一c/si共掺杂algan层、第五c掺杂gan层。

5.如权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述中波量子垒层的厚度为5nm~18nm；

6.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述短波量子垒层包括依次层叠的第二aln层、第六c掺杂gan层、第二c/si共掺杂algan层、第七c掺杂gan层。

7.如权利要求6所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述短波量子垒层的厚度为5nm~15nm；

8.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述长波量子阱层或所述中波量子阱层或所述短波量子阱层为ingan层。

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

10.一种led，其特征在于，所述led包括如权利要求1~8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、LED，所述发光二极管外延片包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层、P型GaN层；所述有源层包括至少一组交替层叠的长波量子阱层和长波量子垒层、至少一组交替层叠的中波量子阱层和中波量子垒层和至少一组交替层叠的短波量子阱层和短波量子垒层。本发明提供的发光二极管外延片能够降低有源层极化效应，提高势垒高度，减少电子溢流，促进载流子在有源层均匀分布，提高载流子在有源层复合效率，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：2024/9/23