一种双波段LED外延片及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种双波段led外延片及其制备方法。

背景技术：

1、发光二极管(light emitting diode，简称为led)，可高效地将电能转化为光能，是一种发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，其在照明、显示器等领域应用广泛。

2、目前，应用于显示领域的led背光光源主要分为以下两类：（1）rgb-led方案。该方案通过独立封装红、绿、蓝三颗单色芯片实现三基色发光，具有色域广、色彩表现佳的优点。然而，该方案需要分别制备三种不同材料体系的外延片，并独立加工成芯片，外延生长与芯片制程的工序复杂度高、材料利用率低、单片产能受限，导致综合制造成本居高不下；（2）白光led方案。其通过单色led芯片与荧光粉相结合实现白光发射，例如蓝光芯片与绿、红色荧光粉组合，或蓝光芯片与黄色荧光粉组合。该方案虽成本较低，但荧光粉在高温高湿环境下易老化失效、转换效率下降，同时热致光衰导致光通量退化与波长偏移，最终劣化显色性。

3、因此，如何在减少对荧光粉的使用和降低成本的前提下，提升显色性能，已成为亟待解决的技术课题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种双波段led外延片及其制备方法，有利于在减少对荧光粉的使用和降低制造成本的前提下，不仅提升显色性能和绿光增强性能，还有利于提高发光效率。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双波段led外延片，包括沿外延方向依次设置的衬底、缓冲层、第一n型半导体层、第一应力释放层、第一绿光量子阱层、第二n型半导体层、第二应力释放层、蓝光量子阱层、电子阻挡层、p型半导体层、第二绿光量子阱层和p型欧姆接触层；

3、所述第一应力释放层包括沿外延方向依次周期性交替生长的第一ingan层和第一si掺杂gan层；

4、所述第二应力释放层包括沿外延方向依次周期性交替生长的第二ingan层和第二si掺杂gan层；

5、所述第一绿光量子阱层包括沿外延方向依次周期性交替生长的绿光ingan层和绿光si掺杂gan层；

6、所述蓝光量子阱层包括沿外延方向依次周期性交替生长的蓝光ingan层和蓝光si掺杂gan层；

7、所述第二绿光量子阱层包括沿外延方向依次周期性交替生长的绿光mg掺杂ingan层和绿光mg掺杂gan层；

8、所述第一ingan层的in组分含量为x1，所述第二ingan层的in组分含量为x2，所述绿光ingan层的in组分含量为x3，所述蓝光ingan层的in组分含量为x4，所述绿光mg掺杂ingan层的in组分含量为x5，其满足x1＜x4＜x3＝x5，且x2＜x4＜x3＝x5。

9、在一些实施例中，所述x4与所述x1之间的差值范围为0.03～0.17；

10、和/或，所述x4与所述x2之间的差值范围为0.03～0.17；

11、和/或，所述x3与所述x4之间的差值范围为0.03～0.23。

12、在一些实施例中，所述第一ingan层满足如下条件：

13、（1）未进行掺杂；

14、（2）in组分的含量为0.02～0.16；

15、（3）生长厚度为0.6nm～4nm；

16、（4）生长温度为720℃～1050℃；

17、（5）生长压力为30torr～360torr；

18、和/或，所述第一si掺杂gan层满足如下条件：

19、（1）si的掺杂浓度为1.2×1017/cm3～6.8×1018/cm3；

20、（2）生长厚度为1.2nm～20nm；

21、（3）生长温度为800℃～1080℃；

22、（4）生长压力为30torr～360torr。

23、在一些实施例中，所述第二ingan层满足如下条件：

24、（1）未进行掺杂；

25、（2）in组分的含量为0.02～0.16；

26、（3）生长厚度为0.6nm～4nm；

27、（4）生长温度为720℃～1000℃；

28、（5）生长压力为30torr～360torr；

29、和/或，所述第二si掺杂gan层满足如下条件：

30、（1）si的掺杂浓度为1.2×1017/cm3～6.8×1018/cm3；

31、（2）生长厚度为1.2nm～20nm；

32、（3）生长温度为800℃～1020℃；

33、（4）生长压力为30torr～360torr。

34、在一些实施例中，所述绿光ingan层满足如下条件：

35、（1）未进行掺杂；

36、（2）in组分的含量为0.22～0.28；

37、（3）生长厚度为1nm～6nm；

38、（4）生长温度为650℃～1000℃；

39、（5）生长压力为30torr～360torr；

40、和/或，所述绿光si掺杂gan层满足如下条件：

41、（1）si的掺杂浓度为1.2×1017/cm3～6.8×1018/cm3；

42、（2）生长厚度为3nm～30nm；

43、（3）生长温度为800℃～1050℃；

44、（4）生长压力为30torr～360torr。

45、在一些实施例中，所述蓝光ingan层满足如下条件：

46、（1）未进行掺杂；

47、（2）in组分的含量为0.05～0.19；

48、（3）生长厚度为2nm～5nm；

49、（4）生长温度为720℃～930℃；

50、（5）生长压力为30torr～360torr；

51、和/或，所述蓝光si掺杂gan层满足如下条件：

52、（1）si的掺杂浓度为1.5×1017/cm3～8.6×1017/cm3；

53、（2）生长厚度为5nm～15nm；

54、（3）生长温度为760℃～950℃；

55、（4）生长压力为30torr～360torr。

56、在一些实施例中，所述绿光mg掺杂ingan层满足如下条件：

57、（1）mg的掺杂浓度为3.5×1017/cm3～6.8×1019/cm3；

58、（2）in组分的含量为0.22～0.28；

59、（3）生长厚度为2.1nm～4.8nm；

60、（4）生长温度为680℃～930℃；

61、（5）生长压力为30torr～360torr；

62、和/或，所述绿光mg掺杂gan层满足如下条件：

63、（1）mg掺杂浓度为3.5×1017/cm3～6.8×1019/cm3；

64、（2）生长厚度为5nm～15nm；

65、（3）生长温度为780℃～950℃；

66、（4）生长压力为30torr～360torr。

67、本发明还提出一种双波段led外延片的制备方法，用于制备如上述的双波段led外延片，包括：

68、在衬底上生长缓冲层；

69、在缓冲层上生长第一n型半导体层；

70、在第一n型半导体层上生长第一应力释放层；

71、在第一应力释放层上生长第一绿光量子阱层；

72、在第一绿光量子阱层上生长第二n型半导体层；

73、在第二n型半导体层上生长第二应力释放层；

74、在第二应力释放层上生长蓝光量子阱层；

75、在蓝光量子阱层上生长电子阻挡层，

76、在电子阻挡层上生长p型半导体层，

77、在p型半导体层上生长第二绿光量子阱层；

78、在第二绿光量子阱层上生长p型欧姆接触层，得到双波段led外延片。

79、实施本发明，具有如下有益效果：

80、1、蓝光量子阱层电致发射的部分蓝光能够穿透第二n型半导体层并进入第一绿光量子阱层的绿光ingan层中。由于蓝光ingan层的in组分含量小于绿光ingan层的in组分含量，而ingan的禁带宽度与in组分的含量呈负相关，因此，绿光ingan层的禁带宽度小于蓝光ingan层的禁带宽度。上述禁带宽度设计，使得蓝光量子阱层电致发射的部分蓝光可被第一绿光量子阱层中的发光中心选择性吸收；上述吸收的蓝光光子经无辐射弛豫损失部分能量后，通过光致发光机制以更长波长的绿光光子重新辐射出来，实现光致发射绿光，从而可同时激发出蓝色和绿色双波段。

81、2、第一n型半导体层和第二n型半导体层共同作为电子供给层，均承担提供电子的功能，协同第一应力释放层、第一绿光量子阱层同时起到载流子调控作用，优化电子向蓝光量子阱层的注入效率，协调蓝光量子阱层中的电子浓度分布以及电子与空穴的匹配度，从而增强蓝光量子阱层电致发光所产生蓝光的发射强度。蓝光的发射强度的增加，使得可供第一绿光量子阱层吸收利用的蓝光光子数量较为充足，从而有利于强化绿光波段的发射强度。