一种高光效发光二极管外延片、制备方法及LED与流程

一种高光效发光二极管外延片、制备方法及led
技术领域
1.本发明属于半导体技术领域，具体地涉及一种高光效发光二极管外延片、制备方法及led。


背景技术：

2.近年来，随着led材料外延和器件制备工艺的进步，高亮度gan基led器件得到了迅猛的发展。利用图形化蓝宝石衬底和氧化铟锡p电极的蓝光led在正向电流20ma时的外量子效率己经达到60％,同时led器件在光效、寿命、节能等方而均优于传统光源。但是，基于异质外延的iii族氮化物led技术的发展仍然面临很多问题，尤其是led结构有源区量子阱中存在的极化效应。
3.gan基led器件量子阱结构由晶格失配引起的压电极化对器件的发光性能有非常负而的影响，尤其是会导致led器件发光波长的偏移和发光效率的降低。近年来，研究者不断关注通过应变补偿的方法来降低量子阱结构的压电极化效应通过制备极化匹配的ingan/gan量子阱结构来降低量子阱中的极化电场。
4.现有的通过制备极化匹配的ingan/gan量子阱结构释放量子阱层与生长量子阱前gan外延层的压应力，来降低量子阱中的极化电场效应，但是量子阱/量子垒本身的晶格失配导致的压电极化效应并未改善。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高光效发光二极管外延片、制备方法及led，用于解决量子阱/量子垒本身的晶格失配导致的压电极化效应的技术问题。
6.一方面，该发明提供以下技术方案，一种高光效发光二极管外延片，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、n型gan层、有源层、电子阻挡层和p型gan层；
7.所述有源层包括多个交替层叠的量子阱层和复合量子垒层，所述复合量子垒层包括第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层，其中，所述第一量子垒应变补偿子层为ingan/gan超晶格层，所述第二量子垒应变补偿子层为alingan层，所述第三量子垒应变补偿子层为bingan层，所述ingan/gan超晶格层包括多个交替层叠的ingan层和gan层。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过沉积第一量子垒应变补偿子层为ingan超晶格层和gan超晶格层，引入张引变/压应变较低变化，释放量子阱层的压应力，降低量子极化效应。沉积第二量子垒应变补偿子层为alingan层，通过调节alingan材料al、in元素的组分比，使alingan材料作为量子垒材料能够实现晶格匹配并消除量子阱中的压电极化效应，同时增加alingan材料的带隙宽度，从而增强势垒对注入载流子的限制能力，防止电子溢流现象的发生，有效抑制led效率droop效应。沉积的第三量子垒应变补偿子层为bingan层同样可以调节b、in元素组分比，使得bingan材料作为量子垒材料能够实现晶格匹配并消除量子阱中的压电极化效应，并且作为热保护层抑制生长过程中热损伤引起的非辐
射复合中心的产生。因此，首先，复合量子垒层包含多个量子垒应变补偿子层可以有效降低量子阱极化效应，增加电子空穴波函数重叠度，提高量子阱的辐射复合效率，减少量子阱能带倾斜和量子限制斯塔克效应，提升绿光和黄光等长波长led器件的光效。其次，减少能带倾斜提高了量子阱的有效宽度，降低量子阱的载流子密度，减少俄歇非辐射复合几率。最后，量子垒应变补偿层提高有效势垒高度，减少led器件在正偏工作时的载流子泄露现象。
9.进一步的，所述复合量子垒层厚度范围为5nm～50nm，所述第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层厚度比范围为1:1:1～1:10:10。
10.进一步的，所述ingan超晶格层中的in组分低于所述量子阱层中的in组分，所述alingan层中的al组分范围为0.01～0.5，in组分范围为0.01～0.1，所述bingan层中b组分范围为0.01～0.5，in组分范围为0.01～0.1。
11.进一步的，所述量子阱层为ingan层，厚度范围为1nm～10nm，in组分范围为0.05～0.5。
12.进一步的，所述ingan/gan超晶格层的交替层叠周期数范围为1～20，所述有源层的交替层叠周期数范围为1～20。
13.另一方面，本发明还提出一种高光效发光二极管外延片制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
14.提供一衬底；
15.在所述衬底上沉积缓冲层，并对已沉积所述缓冲层的所述衬底进行预处理；
16.在所述缓冲层上沉积gan层；
17.在所述gan层上交替层叠量子阱层和复合量子垒层，以形成有源层，所述复合量子垒层包括第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层，其中，所述第一量子垒应变补偿子层为多个交替层叠的ingan超晶格层和gan超晶格层、所述第二量子垒应变补偿子层为alingan层、所述第三量子垒应变补偿子层为bingan层；
18.在所述有源层上沉积电子阻挡层；
19.在所述电子阻挡层上沉积p型gan层。
20.进一步的，所述量子阱层为ingan层，生长温度的范围为700℃～850℃，生长气氛n2/nh3比例范围为1:1～1:10，生长压力范围为50torr～300torr。
21.进一步的，所述复合量子垒层的生长气氛n2/h2/nh3比例的范围为1:1:1～5:1:10，生长温度的范围为800℃～1000℃，生长压力的范围为50torr～300torr。
22.进一步的，所述n型gan层生长温度范围为1050℃～1200℃，生长压力范围为100～600torr，厚度范围为2um～3um，si掺杂浓度范围为1e19atoms/cm3～5e19 atoms/cm3。
23.第三方面，本发明实施例还提供以下技术方案，一种led，包括如上述的高光效发光二极管外延片。
附图说明
24.图1为本发明第一实施例中的高光效发光二极管外延片的结构示意图。
25.图2为本发明第二实施例中高光效发光二极管外延片的制备方法流程图。
26.主要元件符号说明：100：衬底、200：缓冲层、300：非掺杂gan层、400：n型gan层、
500：有源层、510：量子阱层、520：复合量子垒层、600：电子阻挡层、700：p型gan层。
27.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
28.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
29.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.请参阅图1，所示为本发明第一实施例中的高光效发光二极管外延片，包括衬底100及依次沉积在所述衬底100上的缓冲层200、非掺杂gan层300、n型gan层400、有源层500电子阻挡层600和p型gan层700，；
32.其中，所述有源层400包括多个交替层叠的量子阱层510和复合量子垒层520，所述复合量子垒层520包括第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层，其中，所述第一量子垒应变补偿子层为ingan/gan超晶格层，所述第二量子垒应变补偿子层为alingan层，所述第三量子垒应变补偿子层为bingan层，所述ingan/gan超晶格层包括多个交替层叠的ingan层和gan层。
33.进一步的，所述复合量子垒层厚度范围为5nm～50nm，所述第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层厚度比范围为1:1:1～1:10:10。例如，复合量子垒层厚度为5nm、或者8nm、或者12nm、或者15nm、或者30nm、或者50nm。例如，所述第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层厚度比为1:1:1、或者1:2:3、或者1:3:2、或者1:10:10。
34.进一步的，所述ingan超晶格层中的in组分低于所述量子阱层中的in组分，所述alingan层中的al组分范围为0.01～0.5，in组分范围为0.01～0.1，所述bingan层中b组分范围为0.01～0.5，in组分范围为0.01～0.1。例如，所述alingan超晶格层层中的al组分为0.01、或者0.05、或者0.1、或者0.2、或者0.5，in组分为0.01或者0.03、或者0.05、或者0.08、或者0.1，所述bingan层中b组分为为0.01、或者0.05、0.1、或者0.2、或者0.5，in组分为0.01、或者0.03、或者0.04、或者0.08、或者0.1。
35.进一步的，所述量子阱层为ingan层，厚度范围为1nm～10nm，in组分范围为0.05～0.5。例如，ingan层厚度为1nm、或者3.5nm，或者5nm，或者10nm，in组分为0.05、或者0.15、或者0.3、或者0.5。
36.进一步的，所述ingan超晶格层与gan超晶格层的交替层叠周期数范围为1～20，所述量子阱层和复合量子垒层的交替层叠周期数范围为1～20。例如，所述ingan超晶格层与
gan超晶格层的交替层叠周期数为1个、或者5个、或者10个、或者15个、或者20个，例如，所述量子阱层和复合量子垒层的交替层叠周期数为1个、或者5个、或者11个、或者16个、或者20个。
37.具体的，在本实施例中，量子垒层厚度为12nm,第一/第二/第三量子垒应变补偿子层厚度比为1:3:2。第一量子垒应变补偿子层ingan层的in组分低于量子阱in组分，第二量子垒应变补偿子层为alingan层al组分0.1，in组分0.05，第三量子垒应变补偿子层为bingan层b组分0.1，in组分0.04。第一量子垒应变补偿子层为ingan/gan超晶格层的交叠周期数10个，复合量子垒层生长压力200torr。有源层的量子阱层和复合量子垒层交替层叠周期数11个。量子阱层为ingan层，厚度为3.5nm，in组分为0.15。
38.为了方便后续的光电测试以及便于理解，在本技术中引入实验组一、实验组二、实验组三、实验组四、实验组五、实验组六、实验组七、实验组八、实验组九以及对照组；
39.其中，实验组一、实验组二、实验组三、实验组四、实验组五、实验组六、实验组七、实验组八、实验组九均采用如实施例一所述的一种高光效发光二极管外延片，其均包括实施例一中的复合量子垒层，而对照组则采用现有技术中的发光二极管外延片，其结构与实施例一相同，但区别如下：对照组中采用10nm、al组分占比0.1、以及ga组分占比0.9的algan量子垒层而不是实施例一中的复合量子垒层。
40.具体的，实验组一中的量子垒层厚度12nm，第一/第二/第三量子垒应变补偿子层厚度比1:3:2，第二量子垒应变补偿子层al组分为0.1、in组分为0.05，第三量子垒应变补偿子层b组分为0.1、in组分为0.04，第一量子垒应变补偿子层交叠周期数(ingan超晶格层和gan超晶格层交替层叠数)10。
41.实验组二中的量子垒层厚度8nm，第一/第二/第三量子垒应变补偿子层厚度比1:3:2，第二量子垒应变补偿子层al组分为0.1、in组分为0.05，第三量子垒应变补偿子层b组分为0.1、in组分为0.04，第一量子垒应变补偿子层交叠周期数(ingan超晶格层和gan超晶格层交替层叠数)10。
42.实验组三中的量子垒层厚度15nm，第一/第二/第三量子垒应变补偿子层厚度比1:3:2，第二量子垒应变补偿子层al组分为0.1、in组分为0.05，第三量子垒应变补偿子层b组分为0.1、in组分为0.04，第一量子垒应变补偿子层交叠周期数(ingan超晶格层和gan超晶格层交替层叠数)10。
43.实验组四中的量子垒层厚度12nm，第一/第二/第三量子垒应变补偿子层厚度比1:10:10，第二量子垒应变补偿子层al组分为0.1、in组分为0.05，第三量子垒应变补偿子层b组分为0.1、in组分为0.04，第一量子垒应变补偿子层交叠周期数(ingan超晶格层和gan超晶格层交替层叠数)10。
44.实验组五中的量子垒层厚度12nm，第一/第二/第三量子垒应变补偿子层厚度比1:1:1，第二量子垒应变补偿子层al组分为0.1、in组分为0.05，第三量子垒应变补偿子层b组分为0.1、in组分为0.04，第一量子垒应变补偿子层交叠周期数(ingan超晶格层和gan超晶格层交替层叠数)10。
45.实验组六中的量子垒层厚度12nm，第一/第二/第三量子垒应变补偿子层厚度比1:3:2，第二量子垒应变补偿子层al组分为0.2、in组分为0.08，第三量子垒应变补偿子层b组分为0.2、in组分为0.08，第一量子垒应变补偿子层交叠周期数(ingan超晶格层和gan超晶
格层交替层叠数)10。
46.实验组七中的量子垒层厚度12nm，第一/第二/第三量子垒应变补偿子层厚度比1:3:2，第二量子垒应变补偿子层al组分为0.05、in组分为0.05，第三量子垒应变补偿子层b组分为0.05、in组分为0.03，第一量子垒应变补偿子层交叠周期数(ingan超晶格层和gan超晶格层交替层叠数)10。
47.实验组八中的量子垒层厚度12nm，第一/第二/第三量子垒应变补偿子层厚度比1:3:2，第二量子垒应变补偿子层al组分为0.1、in组分为0.05，第三量子垒应变补偿子层b组分为0.1、in组分为0.04，第一量子垒应变补偿子层交叠周期数(ingan超晶格层和gan超晶格层交替层叠数)15。
48.实验组九中的量子垒层厚度12nm，第一/第二/第三量子垒应变补偿子层厚度比1:3:2，第二量子垒应变补偿子层al组分为0.1、in组分为0.05，第三量子垒应变补偿子层b组分为0.1、in组分为0.04，第一量子垒应变补偿子层交叠周期数(ingan超晶格层和gan超晶格层交替层叠数)5。
49.将上述实验组一、实验组二、实验组三、实验组四、实验组五、实验组六、实验组七、实验组八、实验组九以及对照组中的高光效发光二极管外延片进行光电测试，测试结果如表1所示：
[0050][0051]
由表1可知，将对照组所提供的高光效发光二极管外延片的光效作为基准，因此其提升光效为0％，而实验组一相比对照组，其光效提升了5％，实验组二相比对照组，其光效提升了3.5％，实验组三相比对照组，其光效提升了2.8％，实验组四相比对照组，其光效提升了3.2％，实验组五相比对照组，其光效提升了2％，实验组六相比对照组，其光效提升了3.5％，实验组七相比对照组，其光效提升了1.8％，实验组八相比对照组，其光效提升了3.5％，实验组九相比对照组，其光效提升了1.8％。
[0052]
因此可知，实验组一所提供的高光效发光二极管外延片相比对照组，其光效提升
最大，提升了5％。
[0053]
实施例二
[0054]
请参阅图2，所示为本发明第二实施例中的一种高光效发光二极管外延片的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0055]
s101、提供一衬底100。
[0056]
具体的，衬底可选用蓝宝石衬底、sio2蓝宝石复合衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底中的一种。但在本实施例中，衬底选用蓝宝石衬底，蓝宝石是目前最常用的gan基led衬底材料，蓝宝石衬底具有制备工艺成熟、价格较低、易于清洗和处理，高温下有很好的稳定性。
[0057]
s102、在所述衬底上100沉积缓冲层200，并对已沉积所述缓冲层200的衬底100进行预处理。
[0058]
可选地，缓冲层200为aln缓冲层或者gan缓冲层，其厚度为10nm～50nm，具体的，选用在应用材料pvd中沉积aln缓冲层，其厚度为15nm，采用aln缓冲层提供了与衬底取向相同的成核中心，释放了gan和衬底之间的晶格失配产生的应力以及热膨胀系数失配所产生的热应力，进一步的生长提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角使岛状生长的gan晶粒在较小的厚度内能连成面，转变为二维外延生长。
[0059]
在本实施例中，采用中微a7 mocvd(metal-organic chemical vapor deposition金属有机气相沉积，简称mocvd)设备，高纯h2(氢气)、高纯n2(氮气)、高纯h2和高纯n2的混合气体中的一种作为载气，高纯nh3作为n源，三甲基镓(tmga)及三乙基镓(tega)作为镓源，三甲基铟(tmin)作为铟源，三甲基铝(tmal)作为铝源，硅烷(sih4)作为n型掺杂剂，二茂镁(cp2mg)作为p型掺杂剂进行外延生长。
[0060]
对已沉积缓冲层的蓝宝石衬底进行预处理，具体地，将已镀完aln缓冲层的蓝宝石衬底转入mocvd中，在h2气氛进行预处理1min～10min，处理温度为1000℃～1200℃，再对蓝宝石衬底进行氮化处理，提升aln缓冲层的晶体质量，并且可以有效提高后续沉积gan外延层的晶体质量。
[0061]
s103、在所述缓冲层200上沉积n型gan层；
[0062]
具体的，步骤s03包括在所述复合缓冲层上依次沉积非掺杂gan层300、n型gan层400；
[0063]
因此，首先需要在复合缓冲层2上沉积非掺杂gan层300；
[0064]
具体地，非掺杂gan层生长温度1100℃，生长压力150torr，生长厚度2um～3um，非掺杂gan层生长温度较高，压力较低，制备的到gan的晶体质量较优，同时厚度随着gan厚度的增加，压应力会通过堆垛层错释放，线缺陷减少，晶体质量提高，反向漏电降低，但提高gan层厚度对ga源材料消耗较大，大大提高了led的外延成本，因此目前led外延片通常非掺杂gan生长2um～3um，不仅节约生产成本，而且gan材料又具有较高的晶体质量。
[0065]
然后，在所述非掺杂gan层300上沉积n型gan层400；
[0066]
可选地，n型gan层生长温度为1050℃～1200℃，生长压力torr 100～600torr，厚度为2um～3um，si掺杂浓度为1e19 atoms/cm3～5e19 atoms/cm3。
[0067]
具体地，n型gan层生长温度为1120℃，生长压力100torr，生长厚度为2um～3um，si掺杂浓度为2.5e19 atoms/cm3，首先n型gan层为led发光提供充足电子，其次n型gan层的电
阻率要比p-gan上的透明电极的电阻率高，因此足够的si掺杂，可以有效的降低n型gan层电阻率，最后n型gan足够的厚度可以有效释放应力发光二极管的发光效率。
[0068]
s103、在所述gan层上交替层叠量子阱层和复合量子垒层，以形成有源层，所述复合量子垒层包括第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层，其中，所述第一量子垒应变补偿子层为ingan/gan超晶格层，所述第二量子垒应变补偿子层为alingan层，所述第三量子垒应变补偿子层为bingan层，所述ingan/gan超晶格层包括多个交替层叠的ingan层和gan层；
[0069]
所述有源层包括多个交替层叠的量子阱层和复合量子垒层，所述复合量子垒层包含第一量子垒应变补偿子层为ingan超晶格层和gan超晶格层、第二量子垒应变补偿子层为alingan层、第三量子垒应变补偿子层为bingan层。
[0070]
可选地，量子垒层厚度为5nm～50nm,第一/第二/第三量子垒应变补偿子层厚度比为1:1:1～1:10:10。
[0071]
可选地，第一量子垒应变补偿子层ingan层的in组分低于量子阱in组分，第二量子垒应变补偿子层为alingan层，所述alingan层中的al组分范围为0.01～0.5，in组分范围为0.01～0.1，所述bingan层中b组分范围为0.01～0.5，in组分范围为0.01～0.1。
[0072]
可选地，第一量子垒应变补偿子层为ingan超晶格层和gan超晶格层的交叠周期数1～20个。
[0073]
可选地，复合量子垒层的生长气氛n2/h2/nh3比例范围为1:1:1～5:1:10。
[0074]
可选地，复合量子垒层的生长温度范围为800℃～1000℃。
[0075]
可选地，复合量子垒层生长压力范围为50torr～300torr。
[0076]
可选地，有源层的量子阱层和复合量子垒层交替层叠周期数1～20个。
[0077]
可选地，量子阱层510为ingan层，生长温度为700℃～850℃，厚度范围为1nm～10nm，生长压力范围为50torr～300torr，生长气氛n2/nh3比例范围为1:1～1:10，in组分范围为0.05～0.5。
[0078]
具体地，所述有源层500包括多个交替层叠的量子阱层和复合量子垒层，所述复合量子垒层包含多个量子垒应变补偿子层，第一量子垒应变补偿子层为ingan超晶格层和gan超晶格层、第二量子垒应变补偿子层为alingan层、第三量子垒应变补偿子层为bingan层。量子垒层厚度为12nm,第一/第二/第三量子垒应变补偿子层厚度比为1:3:2。第一量子垒应变补偿子层ingan层的in组分低于量子阱in组分，第二量子垒应变补偿子层为alingan层al组分0.1，in组分0.05，第三量子垒应变补偿子层为bingan层b组分0.1，in组分0.04。第一量子垒应变补偿子层为ingan/gan超晶格层的交叠周期数10个。复合量子垒层的生长气氛n2/h2/nh3比例3:1:5。复合量子垒层的生长温度870℃。复合量子垒层生长压力200torr。有源层的量子阱层和复合量子垒层交替层叠周期数11个。量子阱层为ingan层，生长温度为795℃，厚度为3.5nm，生长压力200torr，生长气氛n2/nh3比例2:3，in组分为0.15。
[0079]
s104、在所述有源层上沉积电子阻挡层；
[0080]
可选地，电子阻挡层为alingan厚度10nm～40nm，生长温度范围为900℃～1000℃，生长压力范围为100torr～300torr，其中al组分范围为0.005～0.1，in组分浓度范围为0.01～0.2。
[0081]
具体地，电子阻挡层为alingan厚度15nm，其中al组分浓度延外延层生长方向有
0.01渐变至0.05，in组分浓度为0.01，生长温度965℃，生长压力200torr，既可以有效地限制电子溢流，也可以减少对空穴的阻挡，提升空穴向量子阱的注入效率，减少载流子俄歇复合，提高发光二极管的发光效率。
[0082]
s105、在所述电子阻挡层上沉积p型gan层；
[0083]
可选地，p型gan层生长温度900℃～1050℃，厚度100nm～50nm，生长压力100torr～600torr，mg掺杂浓度1e+19atoms/cm3～1e+21atoms/cm3。
[0084]
具体地，p型gan层生长温度985℃，厚度15nm，生长压力200torr，mg掺杂浓度2e+20atoms/cm3，mg掺杂浓度过高会破坏晶体质量，而掺杂浓度较低则会影响空穴浓度。同时，对于含v形坑的led结构来说，p型gan层较高的生长温度也有利于合并v形坑，得到表面光滑的led外延片。
[0085]
将a样品和b样品使用相同芯片工艺条件制备成10mil*24mil芯片，其中a样品为目前量产制备得到的芯片，b样品为本方案制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗led芯片，在120ma/60ma电流下测试，光电效率提升1％～2％，其他项电学性能良好。
[0086]
进一步的，在本发明的另一些实施例中提供了一种led，包括如实施例一所述的高光效发光二极管外延片。
[0087]
综上，本发明上述实施例当中的高光效发光二极管外延片及制备方法，通过沉积第一量子垒应变补偿子层为ingan超晶格层和gan超晶格层，引入张引变/压应变较低变化，释放量子阱层的压应力，降低量子极化效应。沉积第二量子垒应变补偿子层为alingan层，通过调节alingan材料al、in元素的组分比，使alingan材料作为量子垒材料能够实现晶格匹配并消除量子阱中的压电极化效应，同时增加alingan材料的带隙宽度，从而增强势垒对注入载流子的限制能力，防止电子溢流现象的发生，有效抑制led效率droop效应。沉积的第三量子垒应变补偿子层为bingan层同样可以调节b、in元素组分比，使得bingan材料作为量子垒材料能够实现晶格匹配并消除量子阱中的压电极化效应，并且作为热保护层抑制生长过程中热损伤引起的非辐射复合中心的产生。因此，首先，复合量子垒层包含多个量子垒应变补偿子层可以有效降低量子阱极化效应，增加电子空穴波函数重叠度，提高量子阱的辐射复合效率，减少量子阱能带倾斜和量子限制斯塔克效应，提升绿光和黄光等长波长led器件的光效。其次，减少能带倾斜提高了量子阱的有效宽度，降低量子阱的载流子密度，减少俄歇非辐射复合几率。最后，量子垒应变补偿层提高有效势垒高度，减少led器件在正偏工作时的载流子泄露现象。
[0088]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0089]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种高光效发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、n型gan层、有源层、电子阻挡层和p型gan层；所述有源层包括多个交替层叠的量子阱层和复合量子垒层，所述复合量子垒层包括第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层，其中，所述第一量子垒应变补偿子层为ingan/gan超晶格层，所述第二量子垒应变补偿子层为alingan层，所述第三量子垒应变补偿子层为bingan层，所述ingan/gan超晶格层包括多个交替层叠的ingan层和gan层。2.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述复合量子垒层厚度范围为5nm～50nm，所述第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层厚度比范围为1:1:1～1:10:10。3.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述ingan超晶格层中的in组分低于所述量子阱层中的in组分，所述alingan层中的al组分范围为0.01～0.5，in组分范围为0.01～0.1，所述bingan层中b组分范围为0.01～0.5，in组分范围为0.01～0.1。4.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述量子阱层为ingan层，厚度范围为1nm～10nm，in组分范围为0.05～0.5。5.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述ingan/gan超晶格层的交替层叠周期数范围为1～20，所述有源层的交替层叠周期数范围为1～20。6.一种如权利要求1-5任一所述的高光效发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一衬底；在所述衬底上沉积缓冲层，并对已沉积所述缓冲层的所述衬底进行预处理；在所述缓冲层上沉积n型gan层；在所述gan层上交替层叠量子阱层和复合量子垒层，以形成有源层，所述复合量子垒层包括第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层，其中，所述第一量子垒应变补偿子层为ingan/gan超晶格层，所述第二量子垒应变补偿子层为alingan层，所述第三量子垒应变补偿子层为bingan层，所述ingan/gan超晶格层包括多个交替层叠的ingan层和gan层；在所述有源层上沉积电子阻挡层；在所述电子阻挡层上沉积p型gan层。7.根据权利要求6所述的高光效发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述量子阱层为ingan层，生长温度的范围为700℃～850℃，生长气氛n2/nh3比例范围为1:1～1:10，生长压力范围为50torr～300torr。8.根据权利要求6所述的高光效发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述复合量子垒层的生长气氛n2/h2/nh3比例的范围为1:1:1～5:1:10，生长温度的范围为800℃～1000℃，生长压力的范围为50torr～300torr。9.根据权利要求6所述的高光效发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述n型gan层生长温度范围为1050℃～1200℃，生长压力范围为100～600torr，厚度范围为2um～3um，si掺杂浓度范围为1e19 atoms/cm3～5e19 atoms/cm3。
10.一种led，其特征在于，包括如权利要求1-5任一所述的高光效发光二极管外延片。

技术总结
本发明提供一种高光效发光二极管外延片、制备方法及LED，所述高光效发光二极管外延片包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；所述有源层包括多个交替层叠的量子阱层和复合量子垒层，所述复合量子垒层包括第一量子垒应变补偿子层、第二量子垒应变补偿子层以及第三量子垒应变补偿子层，其中，所述第一量子垒应变补偿子层为InGaN/GaN超晶格层，所述第二量子垒应变补偿子层为AlInGaN层，所述第三量子垒应变补偿子层为BInGaN层，所述InGaN/GaN超晶格层包括多个交替层叠的InGaN层和GaN层，降低量子极化效应。量子极化效应。量子极化效应。


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：2023.05.18
技术公布日：2023/10/8