一种LED外延片及其制备方法、LED芯片与流程

本发明涉及半导体器件，特别涉及一种led外延片及其制备、led芯片。

背景技术：

1、led芯片是一种能发光的半导体电子元件，具有体积小、亮度高、能耗小等特点，被广泛应用于照明等领域。led芯片由led外延片裂片得到。led外延片是一种固体光源，它是利用半导体p-n结制成的发光器件。在正向电流导通时，半导体中的少数载流子（即电子）和多数载流子（即空穴）复合，释放出的能量以光子或部分以光子的形式发射出来。led外延片照明具有高效、节能、环保和使用寿命长等显著优点，已经被广泛应用于路灯、显示屏、室内照明和汽车灯等各个方面。考虑到发光亮度是led外延片竞争力最重要的衡量指标，如何能在现有技术的基础上提升led外延片的亮度，是增加led外延片竞争力的永恒话题。

2、目前，常使用蓝宝石、硅或碳化硅等材料作为衬底。且多量子阱层为ingan/gan结构，而ingan层在制备时ingan层中存在原子空隙，容易导致in原子的扩散，进而影响ingan的质量，导致led外延ingan/gan多量子阱内量子效率不高，严重阻碍了led性能的提高，影响led的发光效果。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种led外延片及其制备方法、led芯片，解决现有技术中的led外延片的发光效果差的问题。

2、本发明提供一种led外延片，包括n型半导体层、应力释放层和发光层，所述发光层为周期性交叠结构，包括第一发光子层和第二发光子层，所述第一发光子层包括依次层叠设置的alxga（1-x）n层、ingan层和所述alxga（1-x）n层，所述第二发光子层为gan层，所述第一发光子层的厚度小于所述第二发光子层的厚度，所述alxga（1-x）n层的厚度小于所述ingan层的厚度，0＜x＜1。

3、本发明通过在ingan层两头加入alxga（1-x）n层可以有效的改善in的扩散问题。具体的，led发光原理是电能转化成光能，电子和空穴在mqw中ingan层复合发生辐射复合产生光子，因此获得高质量的ingan层是提升辐射复合效率的关键，而ingan层由于需要掺in生长温度不能太高，in在高温下容易分解影响掺杂效率，in掺入后也比较容易扩散影响阱磊界面。本发明通过在ingan层两头加入alxga（1-x）n层可以有效地改善in的扩散问题，由于al原子较小，可以有效的填补ingan层中的原子空隙，另外在同样生长条件下alxga（1-x）n层的晶体质量要优于ingan层的晶体质量，可以有效抑制in原子的扩散，使得阱磊界面更加清晰，最终提高电子和空穴在ingan层中的辐射复合效率，从而提高了发光效率。因此，本发明解决了现有技术中的led外延片的发光效果差的问题。

4、优选地，所述alxga（1-x）n层中al组分的百分比为10%-90%。

5、优选地，单个周期内，所述ingan层的厚度为2nm-4nm，所述gan层的厚度为8nm-12nm，所述alxga（1-x）n层的厚度为0.1nm-1nm。

6、优选地，所述发光层的周期数为6-12。

7、优选地，所述led外延片还包括衬底，以及依次层叠于所述衬底上aln层、缓冲层、三维gan层、非掺杂gan层和电子阻挡层；

8、其中，所述n型半导体层、所述应力释放层和所述发光层依次层叠于所述电子阻挡层上，所述led外延片还包括p型半导体层，所述p型半导体层层叠于所述发光层上。

9、本发明还提供一种led外延片的制备方法，方法包括：

10、提供一半成品外延片；

11、在所述半成品外延片上依次生长n型半导体层、应力释放层和发光层；

12、其中，所述发光层为周期性交叠结构，包括第一发光子层和第二发光子层，所述第一发光子层包括依次层叠设置的alxga（1-x）n层、ingan层和所述alxga（1-x）n层，所述第二发光子层为gan层，所述第一发光子层的厚度小于所述第二发光子层的厚度，所述alxga（1-x）n层的厚度小于所述ingan层。

13、优选地，所述在所述半成品外延片上依次生长n型半导体层、应力释放层和发光层的步骤包括：

14、将所述半成品外延片置于mocvd设备中，依次在所述半成品外延片上生长所述n型半导体层、所述应力释放层和所述发光层，

15、其中，生长所述发光层中的ingan层时，生长温度为700℃-850℃，in组分为10%-30%，mo源为tega和tmin，通入气体为n2和nh3，nh3作为反应气体，n2作为载气，生长压力为100torr-300torr；

16、生长所述发光层中的alxga（1-x）n层时，生长温度为700℃-850℃，0＜x＜1，mo源为tega和tmal，通入气体为n2和nh3，nh3作为反应气体，n2作为载气，生长压力为100torr-300torr。

17、优选地，所述发光层的周期数为6-12，所述alxga（1-x）n层中al组分的百分比为10%-90%。

18、优选地，单个周期内，所述ingan层的厚度为2nm-4nm，所述gan层的厚度为8nm-12nm，所述alxga（1-x）n层的厚度为0.1nm-1nm。

19、本发明还提供一种包括上述led外延片的led芯片。

技术特征：

1.一种led外延片，其特征在于，包括n型半导体层、应力释放层和发光层，所述发光层为周期性交叠结构，包括第一发光子层和第二发光子层，所述第一发光子层包括依次层叠设置的alxga（1-x）n层、ingan层和所述alxga（1-x）n层，所述第二发光子层为gan层，所述第一发光子层的厚度小于所述第二发光子层的厚度，所述alxga（1-x）n层的厚度小于所述ingan层的厚度，0＜x＜1。

2.根据权利要求1所述的led外延片，其特征在于，所述alxga（1-x）n层中al组分的百分比为10%-90%。

3.根据权利要求2所述的led外延片，其特征在于，单个周期内，所述ingan层的厚度为2nm-4nm，所述gan层的厚度为8nm-12nm，所述alxga（1-x）n层的厚度为0.1nm-1nm。

4.根据权利要求1所述的led外延片，其特征在于，所述发光层的周期数为6-12。

5.根据权利要求1所述的led外延片，其特征在于，所述led外延片还包括衬底，以及依次层叠于所述衬底上的aln层、缓冲层、三维gan层、非掺杂gan层和电子阻挡层；

6.一种led外延片的制备方法，其特征在于，用于制备1至5任一项权利要求所述的led外延片，所述制备方法包括：

7.根据权利要求6所述的led外延片的制备方法，其特征在于，所述在所述半成品外延片上依次生长n型半导体层、应力释放层和发光层的步骤包括：

8.根据权利要求7所述的led外延片的制备方法，其特征在于，所述发光层的周期数为6-12，所述alxga（1-x）n层中al组分的百分比为10%-90%。

9.根据权利要求8所述的led外延片的制备方法，其特征在于，单个周期内，所述ingan层的厚度为2nm-4nm，所述gan层的厚度为8nm-12nm，所述alxga（1-x）n层的厚度为0.1nm-1nm。

10.一种led芯片，其特征在于，所述led芯片包括权利要求1至5任一项中所述的led外延片。

技术总结
本发明提供一种LED外延片及其制备方法、LED芯片，属于半导体器件领域，其中LED外延片包括N型半导体层、应力释放层和发光层，所述发光层为周期性交叠结构，包括第一发光子层和第二发光子层，所述第一发光子层包括依次层叠设置的Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;（1‑x）</subgt;N层、InGaN层和所述Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;（1‑x）</subgt;N层，所述第二发光子层为GaN层，所述第一发光子层的厚度小于所述第二发光子层的厚度，所述Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;（1‑x）</subgt;N层的厚度小于所述InGaN层的厚度，0＜X＜1，所述Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;（1‑x）</subgt;N层中Al组分的百分比为10%‑90%。本发明中的LED外延片解决了现有技术中的LED外延片的发光效果差的问题。

技术研发人员：胡加辉,刘春杨,金从龙,顾伟
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：2024/12/5