【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体，具体地涉及一种发光二极管外延片及制备方法。
技术介绍
1、半导体材料作为国家信息化产业的重要组成部分，目前已经被广泛应用在照明显示、信息存储、射频通讯、集成电路和功率电子器件等多个领域。氮化镓(gan)作为第三代半导体的典型代表具有禁带宽度宽、击穿电场强、电子饱和速率高，导热率高、抗辐照能力强等诸多优点，在无线快充、激光雷达、高频通讯、航空航天等领域有显著优势；同时，gan可与其他ⅲ-v族半导体形成alxga1-xn、inyga1-yn、alxinyga1-x-yn体系半导体材料，此类多元合金材料通过调节固溶体金属原子间的比例可实现材料禁带宽度从0.77 ev-6.20 ev连续变化，发光波长覆盖紫外-可见光-红外范围，在光电子器件领域扮演着重要的角色。
2、目前商业化的高效 gan 基蓝绿光发光二极管，通常采用ingan量子阱层/algan量子垒层作为有源区。因此高质量的ingan量子阱层/algan量子垒层是实现高效率、高亮度发光管的关键；
3、第一，由于gan外延材料和蓝宝石衬底之间存在晶格失配与热失配，异质外延生长易产生位错，随着外延材料生长，螺旋位错并未湮灭，生长到量子阱区易形成非辐射复合中心，降低内量子效率。第二，量子限制斯塔克效应(qcse)强，由于gan材料和商用蓝宝石在晶格常数和热膨胀率上存在较大差异，由此产生的应力场作用使得多量子阱层的极化电场很强，造成能带倾斜、电子和空穴的波函数空间分离，导致载流子复合几率降低。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种发光二极管外延片及制备方法，目的在于提高量子阱层晶体质量，降低量子阱层极化效应，提高有源层的辐射复合效率，提高发光二极管发光效率。
2、一方面，该专利技术提供以下技术方案，一种发光二极管外延片，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的第一半导体层、有源层及第二半导体层，所述有源层包括多个交替层叠的复合量子阱层和量子垒层，所述复合量子阱层包括依次沉积在所述第一半导体层上的极化调控层、第一量子阱子层、第二量子阱子层及晶格匹配层，其中，在沉积完所述第二量子阱子层后，保持沉积所述第二量子阱子层的温度、压力及气氛停顿预设时间后沉积所述晶格匹配层，所述极化调控层为in渐变p型inxga1-xn层，所述in渐变p型inxga1-xn层的in的组分逐渐上升。
3、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：in渐变n型inxga1-xn层通过其组分变化减少ingan量子阱层与gan层势垒层的晶格失配，减少因应力产生的缺陷，提高量子阱层的晶体质量，降低量子阱层非辐射复合效率，另外掺杂mg也可以调控量子阱的极化电场，降低量子阱的极化效应。ingan量子阱的厚度小于电子的德布罗意波长，电子和空穴的能级为分立的量子化能级，具有显著的量子限制效应。ingan层的富in的区域产生势能谷，富in的区域成为载流子的势阱，电子和空穴注入时，很容易被这些势阱俘获并复合发光，大大降低了被位错俘获而发生非辐射复合的几率，提高发光二极管发光效率。第二量子阱子层（低温gan层）减少in原子的表面偏析，而通过生长停顿时间可以提高第一量子阱子层（inyga1-yn层）形成富in区域，提高第一量子阱子层（inyga1-yn层）的辐射复合效率。晶格匹配层al渐变alzga1-zn层通过al组分变化可以减少晶格失配，降低因晶格失配产生的极化效应。合适的量子垒层既可以减少电子溢流至p型层导致非辐射复合，又可以提高电子和空穴在量子阱复合效率。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。以上，本专利技术提高量子阱层晶体质量，降低量子阱层极化效应，提高有源层的辐射复合效率，提高发光二极管发光效率。
4、进一步的，所述in渐变p型inxga1-xn层的厚度范围为0.1nm-5nm，所述in渐变p型inxga1-xn层的in的组分范围为0.01-0.5。
5、进一步的，所述第一量子阱子层（inyga1-yn层），所述inyga1-yn层的厚度范围为1nm-10nm，所述inyga1-yn层in组分范围为0.01-0.5。
6、进一步的，所述第二量子阱子层为低温gan层，所述低温gan层的厚度范围为0.1nm-5nm，所述晶格匹配层为al渐变alzga1-zn层，所述al渐变alzga1-zn层的厚度范围为0.5nm-10nm，所述al渐变alzga1-zn层的al组分范围为0.01-0.5，所述al渐变alzga1-zn层的al组分逐渐上升，所述量子垒层为algan/gan层，所述algan/gan层的al组分范围为0.01-0.5。
7、进一步的，所述停顿预设时间为5秒-100秒，所述有源层的复合量子阱层和量子垒层交替层叠周期数1个-20个。
8、进一步的，所述第一半导体层包括缓冲层、非掺杂gan层及n型gan层，所述第二半导体层包括电子阻挡层及p型gan层，其中，所述缓冲层、所述非掺杂gan层、所述n型gan层、所述有源层、所述电子阻挡层及所述p型gan层依次沉积于所述衬底上。
9、另一方面，本专利技术还提出一种发光二极管外延片制备方法，所述制备方法包括以下步骤：提供一衬底，在所述衬底上依次沉积缓冲层、非掺杂gan层及n型gan层；
10、在所述n型gan层上沉积有源层，所述有源层包括多个交替层叠的复合量子阱层和量子垒层，所述复合量子阱层包括依次沉积在所述第一半导体层上的极化调控层、第一量子阱子层、第二量子阱子层及晶格匹配层，其中，在沉积完所述第二量子阱子层后，保持沉积所述第二量子阱子层的温度、压力及气氛停顿预设时间后沉积所述晶格匹配层，所述极化调控层为in渐变p型inxga1-xn层，所述in渐变p型inxga1-xn层的in的组分逐渐上升；
11、在所述有源层上依次沉积电子阻挡层及p型gan层。
12、进一步的，沉积所述极化调控层的温度范围为700℃-900℃、压力50torr-300torr、气氛为n2/h2/nh3及mg掺杂浓度范围为1e+17atoms/cm3-1e+18atoms/cm3，其中，沉积所述极化调控层的温度逐渐下降。
13、进一步的，沉积所述第一量子阱子层的沉积温度范围为700℃-900℃、压力范围为50torr-300torr及气氛为n2/nh3；沉积所述第二量子阱子层的温度范围为700℃-900℃、压力范围为50torr-300torr及气氛为n2/nh3。
14、进一步的，沉积所述晶格匹配层的沉积温度范围为700℃-900℃，压力范围为50torr-300torr，气氛为n2/nh3，其中,沉积所述晶格匹配层的温度逐渐上升。
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1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的第一半导体层、有源层及第二半导体层，所述有源层包括多个交替层叠的复合量子阱层和量子垒层，所述复合量子阱层包括依次沉积在所述第一半导体层上的极化调控层、第一量子阱子层、第二量子阱子层及晶格匹配层，其中，在沉积完所述第二量子阱子层后，保持沉积所述第二量子阱子层的温度、压力及气氛停顿预设时间后沉积所述晶格匹配层，所述极化调控层为In渐变P型InxGa1-xN层，所述In渐变P型InxGa1-xN层的In的组分逐渐上升。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述In渐变P型InxGa1-xN层的厚度范围为0.1nm-5nm，所述In渐变P型InxGa1-xN层的In的组分范围为0.01-0.5。
3.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一量子阱子层为InyGa1-yN层，所述InyGa1-yN层的厚度范围为1nm-10nm，所述InyGa1-yN层In组分范围为0.01-0.5。
4.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二量子
5.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述停顿预设时间为5秒-100秒，所述有源层的复合量子阱层和量子垒层交替层叠周期数1个-20个。
6.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一半导体层包括缓冲层、非掺杂GaN层及n型GaN层，所述第二半导体层包括电子阻挡层及P型GaN层，其中，所述缓冲层、所述非掺杂GaN层、所述n型GaN层、所述有源层、所述电子阻挡层及所述P型GaN层依次沉积于所述衬底上。
7.一种如权利要求1-6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：
8.根据权利要求7所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，沉积所述极化调控层的温度范围为700℃-900℃、压力50torr-300torr、气氛为N2/H2/NH3及Mg掺杂浓度范围为1E+17atoms/cm3-1E+18atoms/cm3，其中，沉积所述极化调控层的温度逐渐下降。
9.根据权利要求7所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，沉积所述第一量子阱子层的沉积温度范围为700℃-900℃、压力范围为50torr-300torr及气氛为N2/NH3；沉积所述第二量子阱子层的温度范围为700℃-900℃、压力范围为50torr-300torr及气氛为N2/NH3。
10.根据权利要求7所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，沉积所述晶格匹配层的沉积温度范围为700℃-900℃，压力范围为50torr-300torr，气氛为N2/NH3，其中,沉积所述晶格匹配层的温度逐渐上升。
...【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的第一半导体层、有源层及第二半导体层，所述有源层包括多个交替层叠的复合量子阱层和量子垒层，所述复合量子阱层包括依次沉积在所述第一半导体层上的极化调控层、第一量子阱子层、第二量子阱子层及晶格匹配层，其中，在沉积完所述第二量子阱子层后，保持沉积所述第二量子阱子层的温度、压力及气氛停顿预设时间后沉积所述晶格匹配层，所述极化调控层为in渐变p型inxga1-xn层，所述in渐变p型inxga1-xn层的in的组分逐渐上升。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述in渐变p型inxga1-xn层的厚度范围为0.1nm-5nm，所述in渐变p型inxga1-xn层的in的组分范围为0.01-0.5。
3.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一量子阱子层为inyga1-yn层，所述inyga1-yn层的厚度范围为1nm-10nm，所述inyga1-yn层in组分范围为0.01-0.5。
4.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二量子阱子层为低温gan层，所述低温gan层的厚度范围为0.1nm-5nm，所述晶格匹配层为al渐变alzga1-zn层，所述al渐变alzga1-zn层的厚度范围为0.5nm-10nm，所述al渐变alzga1-zn层的al组分范围为0.01-0.5，所述al渐变alzga1-zn层的al组分逐渐上升，所述量子垒层为algan/gan层，所述algan/gan层的al组分范围为0.01-0.5。
【专利技术属性】
技术研发人员：程龙，郑文杰，高虹，刘春杨，胡加辉，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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