一种双波段发光二极管外延片及其制备方法与流程

本发明涉及发光二极管的，尤其涉及一种双波段发光二极管外延片及其制备方法。

背景技术：

1、发光二极管（light emitting diode）简称led，作为一种节能环保的新型光源，led近年来受到了很大的关注。通过大量研发和实验，半导体照明技术取得了突飞猛进的发展，真正地实现了半导体照明的商业化，各种类型的led被广泛应用于指示、显示、背光、投射等领域。

2、现有应用于显示屏的led背光光源有rgb led和白光led两种，其中rgb led是将蓝色、绿色、红色三种单色led芯片一起封装，而白光led是通过单色led芯片与荧光粉相结合而形成，例如单色蓝光芯片与绿、红色荧光粉相结合，或者单色蓝色芯片与黄色荧光粉相结合。其中，rgb三基色led背光光源的显示效果最好，但成本较高，而白光led需用到荧光粉，但不同的荧光粉方案色域本身就有明显差异，且荧光粉与胶混合后均匀性也较难控制，会造成显色性不够理想等问题。

3、因此，减少led背光光源对多颗不同发光波段led芯片的依赖，减少白光led背光光源中荧光粉的使用，同时兼顾较好的显色性是当前led背光应用中有待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种双波段发光二极管外延片及其制备方法，可以减少led背光光源对多颗不同发光波段led芯片的依赖，减少白光led背光光源中荧光粉的使用，同时提高双波段led器件的发光效率和显色指数。

2、为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种双波段发光二极管外延片，包括衬底，于所述衬底上依次层叠的第一n型半导体层、电子分散层、第二n型半导体层、第一电子阻挡层、第一多量子阱层、第二电子阻挡层、第二多量子阱层、空穴注入层和p型半导体层；

3、其中，所述第一多量子阱层的发光波长大于所述第二多量子阱层的发光波长；

4、所述电子分散层为si掺杂的alx1ga1-x1n层与iny3ga1-y3n层周期性交替层叠形成的超晶格结构；

5、所述第一电子阻挡层包括alx3ga1-x3n层；

6、所述第二电子阻挡层包括alx4ga1-x4n层；

7、所述空穴注入层为alx2ga1-x2n层与mg掺杂的iny4ga1-y4n层周期性交替层叠形成的超晶格结构。

8、作为上述方案的改进，所述第一多量子阱层为绿光多量子阱层，所述绿光多量子阱层为周期性交替生长的iny1ga1-y1n量子阱层与第一gan量子垒层形成的超晶格结构，周期数为2~10；

9、所述第二多量子阱层为蓝光多量子阱层；所述蓝光多量子阱层为周期性交替生长的iny2ga1-y2n量子阱层与第二gan量子垒层形成的超晶格结构，周期数为2~12。

10、作为上述方案的改进，所述iny1ga1-y1n量子阱层为不进行故意掺杂的ingan单层结构或ingan多层结构，其中，in组分占比为0.22≤y1≤0.28；

11、所述第一gan量子垒层为掺杂有si元素的gan单层结构或掺杂有si元素的gan多层结构，si掺杂浓度为1.6×1017/cm3~9.8×1017/cm3；

12、所述iny1ga1-y1n量子阱层的生长厚度为2nm~5nm；所述第一gan量子垒层的生长厚度为5nm~16nm；

13、所述iny2ga1-y2n量子阱层为不进行故意掺杂的ingan单层结构或ingan多层结构，其中，in组分占比为0.06≤y2≤0.19；所述第二gan量子垒层为掺杂有si元素的gan单层结构或掺杂有si元素的gan多层结构，si掺杂浓度为1.6×1017/cm3~9.8×1017/cm3；

14、所述iny2ga1-y2n量子阱层的生长厚度为2nm~5nm；所述第二gan量子垒层的生长厚度为5nm~16nm。

15、作为上述方案的改进，所述电子分散层的周期数为2~30；

16、其中，所述si掺杂的alx1ga1-x1n层中，al组分占比为0.10≤x1≤0.90，si掺杂浓度为2.0×1017/cm3~8.8×1018/cm3；

17、所述iny3ga1-y3n层中不进行故意掺杂，in组分占比为0.003≤y3≤0.10；

18、所述si掺杂的alx1ga1-x1n层的生长厚度为0.2nm~20nm；所述iny3ga1-y3n层的生长厚度为0.2nm~20nm。

19、作为上述方案的改进，所述空穴注入层的周期数为2~18；

20、其中，所述alx2ga1-x2n层中不进行故意掺杂，al组分占比为0.16≤x2＜1；所述mg掺杂的iny4ga1-y4n层中，in组分占比为0.01≤y4≤0.16，mg掺杂浓度为2×1018/cm3~5×1019/cm3；

21、所述alx2ga1-x2n层的生长厚度为0.2nm~3.6nm；所述mg掺杂的iny4ga1-y4n层的生长厚度为0.2nm~3.6nm。

22、作为上述方案的改进，所述第一电子阻挡层为alx3ga1-x3n单层结构或alx3ga1-x3n多层结构，所述第二电子阻挡层为alx4ga1-x4n单层结构或alx4ga1-x4n多层结构；

23、所述第一电子阻挡层的生长厚度大于等于所述第二电子阻挡层的生长厚度。

24、作为上述方案的改进，所述第一电子阻挡层的生长厚度为0.3nm~30nm；

25、所述第二电子阻挡层的生长厚度为0.3nm~30nm；

26、所述第一电子阻挡层中al组分占比为0.03≤x3≤0.86；第二电子阻挡层中al组分占比0.03≤x4≤0.86。

27、作为上述方案的改进，所述第一n型半导体层为si掺杂的gan单层结构或si掺杂的gan多层结构，其中，si掺杂浓度为c1；所述第二n型半导体层为si掺杂的gan单层结构或si掺杂的gan多层结构；其中，si掺杂浓度为c2；

28、满足：c1≥c2。

29、作为上述方案的改进，所述c1满足：3.6×1018/cm3≤c1≤5.8×1020/cm3；

30、所述c2满足：3.6×1018/cm3≤c2≤5.8×1020/cm3；

31、所述第一n型半导体层的生长厚度为0.3μm~6.8μm；所述第二n型半导体层的生长厚度为0.3μm~6.8μm；

32、所述p型半导体层为mg掺杂的alainbga1-a-bn层；其中，al组分占比为0＜a≤0.3，in组分占比为0＜b≤0.3，mg掺杂浓度为2.0×1019/cm3~6.8×1021/cm3；所述p型半导体层的生长厚度为5nm~500nm。

33、本发明第二方面提供一种所述的双波段发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：

34、提供一衬底；

35、于所述衬底上沉积第一n型半导体层；

36、于所述第一n型半导体层上沉积电子分散层；

37、于所述电子分散层上沉积第二n型半导体层；

38、于所述第二n型半导体层上沉积第一电子阻挡层；

39、于所述第一电子阻挡层上沉积第一多量子阱层；

40、于所述第一多量子阱层上沉积第二电子阻挡层；

41、于所述第二电子阻挡层上沉积第二多量子阱层；

42、于所述第二多量子阱层上沉积空穴注入层；

43、于所述空穴注入层上沉积p型半导体层；

44、其中，所述第一多量子阱层的发光波长大于所述第二多量子阱层的发光波长；

45、所述电子分散层为si掺杂的alx1ga1-x1n层与iny3ga1-y3n层周期性交替层叠形成的超晶格结构；

46、所述第一电子阻挡层包括alx3ga1-x3n层；

47、所述第二电子阻挡层包括alx4ga1-x4n层；

48、所述空穴注入层为alx2ga1-x2n层与mg掺杂的iny4ga1-y4n层周期性交替层叠形成的超晶格结构。

49、实施本发明，具有如下有益效果：

50、本发明中，在第二n型半导体层与p型半导体层之间设置第一多量子阱层和第二多量子阱层，且在双波段发光二极管外延片中设置四个电子阻挡层结构，可以使电子的一部分在第一多量子阱层中被俘获并与空穴复合，另一部分能够越过中间势垒继续进入第二多量子阱层；与此同时，从p侧注入的空穴首先进入第二多量子阱层，一部分进行复合，另一部分继续向n侧输运并到达第一多量子阱层中，进而使单颗led芯片激发出两种波段的led光源，可以减少led背光光源对多颗不同发光波段led芯片的依赖，减少白光led背光光源中荧光粉的使用，同时提高发光效率、发光亮度和显色指数。