本發(fā)明涉及光電，尤其涉及一種發(fā)光二極管外延片及其制備方法、led芯片。

背景技術(shù)：

1、gan基材料具有固有的極化效應(yīng)，產(chǎn)生的量子限制斯塔克效應(yīng)（quantum-confinedstark?effect,?qcse）會導(dǎo)致多量子阱層中能帶彎曲，減少了波函數(shù)的重合，從而減少了空穴與電子的有效復(fù)合效率。而且，由于電子比空穴遷移速度更快，數(shù)量更多，未發(fā)生復(fù)合的電子，會產(chǎn)生電子溢流，減少了抗靜電能力，進(jìn)一步降低了發(fā)光效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種發(fā)光二極管外延片，其減少電子溢流，弱化了多量子阱層中的量子限制斯塔克效應(yīng)。

2、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還在于，提供一種發(fā)光二極管外延片的制備方法，其工藝簡單，能夠穩(wěn)定制得發(fā)光性能良好的發(fā)光二極管外延片。

3、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管外延片，包括襯底，所述襯底上依次設(shè)有緩沖層、非摻雜gan層、n型gan層、組合層、p型gan層；

4、所述組合層包括依次層疊的電子消耗層和波段層，所述電子消耗層包括交替層疊的mg摻雜algan層和bn層，所述波段層包括依次層疊的中波層、短波層和長波層，所述中波層包括交替層疊的ga面極化gan量子壘層和第一ingan量子阱層，所述短波層包括交替層疊的n面極化gan量子壘層和第二ingan量子阱層，所述長波層包括交替層疊的ga面極化algan量子壘層和第三ingan量子阱層，所述長波層的in組分含量大于所述中波層的in組分含量，所述中波層的in組分含量大于所述短波層的in組分含量。

5、在一些實施例中，所述電子消耗層包括3~6個周期的交替層疊的mg摻雜algan層和bn層；

6、所述mg摻雜algan層的厚度為3nm~5nm；

7、所述mg摻雜algan層的mg摻雜濃度為1×1014atoms/cm3~1×1016atoms/cm3；

8、所述mg摻雜algan層的al組分含量為0.005~0.1；

9、所述bn層的厚度為3nm~5nm。

10、在一些實施例中，所述mg摻雜algan層的mg摻雜濃度和al組分含量均沿外延生長方向遞增。

11、在一些實施例中，所述中波層包括2~11個周期的交替層疊的ga面極化gan量子壘層和第一ingan量子阱層；

12、所述ga面極化gan量子壘層的厚度為9nm~16nm；

13、所述第一ingan量子阱層的厚度為2nm~3.5nm；

14、所述第一ingan量子阱層的in組分含量為0.15~0.3。

15、在一些實施例中，所述短波層包括2~11個周期的交替層疊的n面極化gan量子壘層和第二ingan量子阱層；

16、所述n面極化gan量子壘層的厚度為3nm~3.5nm；

17、所述第二ingan量子阱層的厚度為2nm~3.5nm；

18、所述第二ingan量子阱層的in組分含量為0.01~0.15。

19、在一些實施例中，所述長波層包括2~11個周期的交替層疊的ga面極化algan量子壘層和第三ingan量子阱層；

20、所述ga面極化algan量子壘層的厚度為4.5nm~6nm；

21、所述ga面極化algan量子壘層的al組分含量為0.005~0.1；

22、所述ga面極化algan量子壘層的al組分含量沿外延生長方向遞減；

23、所述第三ingan量子阱層的厚度為2nm~3.5nm；

24、所述第三ingan量子阱層的in組分含量為0.3~0.5。

25、為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種發(fā)光二極管外延片的制備方法，包括以下步驟：

26、s1、提供襯底；

27、s2、在所述襯底上依次沉積緩沖層、非摻雜gan層、n型gan層、組合層、p型gan層；

28、所述組合層包括依次層疊的電子消耗層和波段層，所述電子消耗層包括交替層疊的mg摻雜algan層和bn層，所述波段層包括依次層疊的中波層、短波層和長波層，所述中波層包括交替層疊的ga面極化gan量子壘層和第一ingan量子阱層，所述短波層包括交替層疊的n面極化gan量子壘層和第二ingan量子阱層，所述長波層包括交替層疊的ga面極化algan量子壘層和第三ingan量子阱層，所述長波層的in組分含量大于所述中波層的in組分含量，所述中波層的in組分含量大于所述短波層的in組分含量。

29、在一些實施例中，所述組合層的生長溫度為780℃~1000℃，生長壓力為100torr~500torr；

30、在一些實施例中，所述ga面極化gan量子壘層的生長氛圍為h2氣體和nh3氣體；

31、所述n面極化gan量子壘層的生長氛圍為n2氣體和nh3氣體；

32、所述ga面極化algan量子壘層的生長氛圍為h2氣體和nh3氣體。

33、相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種led芯片，所述led芯片包括如上文所述的發(fā)光二極管外延片，或者包括由上文所述的發(fā)光二極管外延片的制備方法所制得的發(fā)光二極管外延片。

34、實施本發(fā)明，具有如下有益效果：

35、本發(fā)明提供的發(fā)光二極管外延片中，組合層包括依次層疊的電子消耗層和波段層，所述電子消耗層包括交替層疊的mg摻雜algan層和bn層，所述波段層包括依次層疊的中波層、短波層和長波層，所述中波層包括交替層疊的ga面極化gan量子壘層和第一ingan量子阱層，所述短波層包括交替層疊的n面極化gan量子壘層和第二ingan量子阱層，所述長波層包括交替層疊的ga面極化algan量子壘層和第三ingan量子阱層。

36、首先，在生長波段層之前生長電子消耗層，bn層在不斷扭曲底層的穿透性位錯，減少位錯的延伸，降低壓電極化的產(chǎn)生，mg摻雜algan層中摻雜的mg在不斷地消耗過多的電子，algan層在提高勢壘高度，減緩電子遷移速度，提高芯片的抗靜電能力。

37、再者，波段層中，n面極性與ga面極性相互交替，降低自發(fā)性極化效應(yīng)，減少非輻射復(fù)合，促使量子阱層能帶拉平，電子空穴波函數(shù)更加重疊。同時，ga面極性相對n面極性而言，可以有效提高量子阱層的晶體質(zhì)量，減少雜質(zhì)的并入，提高了界面的清晰度，降低了漏電風(fēng)險，提高了波段層的有效復(fù)合發(fā)光效率。

38、進(jìn)一步地，短波層極化場與外電場方向相同，極化場與外電場共同加速電子和空穴向量子阱層的注入，載流子注入效率進(jìn)一步提高，提高了量子阱層的發(fā)光效率，減少了工作電壓的損耗。

技術(shù)特征：

1.一種發(fā)光二極管外延片，其特征在于，包括襯底，所述襯底上依次設(shè)有緩沖層、非摻雜gan層、n型gan層、組合層、p型gan層；

2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延片，其特征在于，所述電子消耗層包括3~6個周期的交替層疊的mg摻雜algan層和bn層；

3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管外延片，其特征在于，所述mg摻雜algan層的mg摻雜濃度和al組分含量均沿外延生長方向遞增。

4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延片，其特征在于，所述中波層包括2~11個周期的交替層疊的ga面極化gan量子壘層和第一ingan量子阱層；

5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延片，其特征在于，所述短波層包括2~11個周期的交替層疊的n面極化gan量子壘層和第二ingan量子阱層；

6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延片，其特征在于，所述長波層包括2~11個周期的交替層疊的ga面極化algan量子壘層和第三ingan量子阱層；

7.一種如權(quán)利要求1~6任一項所述的發(fā)光二極管外延片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管外延片的制備方法，其特征在于，所述組合層的生長溫度為780℃~1000℃，生長壓力為100torr~500torr。

9.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管外延片的制備方法，其特征在于，所述ga面極化gan量子壘層的生長氛圍為h2氣體和nh3氣體；

10.一種led芯片，其特征在于，所述led芯片包括如權(quán)利要求1~6任一項所述的發(fā)光二極管外延片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種發(fā)光二極管外延片及其制備方法、LED芯片，發(fā)光二極管外延片包括襯底，襯底上依次設(shè)有緩沖層、非摻雜GaN層、N型GaN層、組合層、P型GaN層；組合層包括依次層疊的電子消耗層和波段層，電子消耗層包括交替層疊的Mg摻雜AlGaN層和BN層，波段層包括依次層疊的中波層、短波層和長波層，中波層包括交替層疊的Ga面極化GaN量子壘層和第一InGaN量子阱層，短波層包括交替層疊的N面極化GaN量子壘層和第二InGaN量子阱層，長波層包括交替層疊的Ga面極化AlGaN量子壘層和第三InGaN量子阱層。本發(fā)明提供的發(fā)光二極管外延片能夠減少電子溢流和弱化多量子阱層中的QCSE。

技術(shù)研發(fā)人員：胡加輝,鄭文杰,高虹,劉春楊,金從龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江西兆馳半導(dǎo)體有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2