一种减小半波宽的外延片、外延生长方法以及LED芯片与流程

一种减小半波宽的外延片、外延生长方法以及led芯片
技术领域
1.本发明涉及led技术领域，特别涉及一种减小半波宽的外延片、外延生长方法以及led芯片。


背景技术：

2.发光二极管作为一种半导体发光器件，其发光原理是p区空穴和n区电子复合释放光子，直接将电能转化为光能，它集材料环保，寿命长，发光效率高的优点于一体，在照明光源市场规模逐年增加，未来将逐步取代白炽灯等能耗高的光源。
3.近年来led显示行业正在进行一番技术革新，led显示屏间距越来越小，逐步进入微间距时代，mini/micro led显示市场进入爆发期。目前芯片出光角度基本在120
°
左右，小间距的排布会使两颗芯片出光有部分重合，导致亮度存在色差。


技术实现要素：

4.基于此，本发明的目的是提供一种减小半波宽的外延片、外延生长方法以及led芯片，旨在提高中心波长的集中性，以解决芯片小间距排布时，亮度存在色差的问题。
5.本发明提供一种减小半波宽的外延片，其特征在于，包括衬底以及在所述衬底上依次层叠的缓冲层、布拉格反射镜层、n型层、有源层、p型层以及电流扩展层，所述n型层包括依次层叠在所述布拉格反射镜层上的n型电子层和n型阻挡层，所述p型层包括依次层叠在所述有源层上的p型电子层和p型阻挡层，所述n型电子层和所述p型电子层均为alinp层，在生长所述n型电子层的过程中掺杂si，在生长所述p型电子层的过程中掺杂mg；其中，所述n型电子层由若干n型电子子层依次沉积而成，每个所述n型电子子层在预设si掺杂浓度下生长，以形成si掺杂浓度阶梯式递增的n型电子层，且相邻所述n型电子子层的si掺杂浓度差值为第一预设浓度值，所述p型电子层由若干p型电子子层依次沉积而成，每个所述p型电子子层在预设mg掺杂浓度下生长，以形成mg掺杂浓度阶梯式递减的p型电子层，且相邻所述p型电子子层的mg掺杂浓度差值为第二预设浓度值。
6.优选地，所述布拉格反射镜层为alas层和gaas层依次叠层的周期性结构，单层所述alas层的厚度为λ/4n1，单层所述gaas层的厚度为λ/4n2，其中，λ为预设中心波长，n1为alas材料的折射率，n2为gaas材料的折射率。
7.优选地，所述第一预设浓度值和所述第二预设浓度值相等，且所述第一预设浓度值和所述第二预设浓度值所处的浓度范围均为1e 17 cm-3
~2.5e 17 cm-3
。
8.优选地，所述布拉格反射镜层的堆叠周期数为30个~36个。
9.优选地，所述n型电子子层和所述p型电子子层的厚度均为λ/4n3，其中，n3为alinp材料的折射率。
10.优选地，靠近所述布拉格反射镜层的所述n型电子子层的si掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，远离所述布拉格反射镜层的所述n型电子子层的si掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
。
11.优选地，靠近所述有源层的所述p型电子子层的mg掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，远离
所述有源层的所述p型电子子层的mg掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
。
12.优选地，所述n型阻挡层和所述p型阻挡层均为algainp层。
13.本发明另一方面还提供一种减小半波宽的外延片的外延生长方法，用于制备上述的减小半波宽的外延片，所述外延生长方法包括：步骤s201，提供一生长所需的gaas衬底；步骤s202，生长缓冲层gaas层；步骤s203，生长由alas层和gaas层交替生长的布拉格反射镜层；步骤s204，生长n型层，该n型层包括依次生长的n型电子层和n型阻挡层；步骤s205，生长由algainp材料组成的有源层；步骤s206，生长p型层，该p型层包括依次生长的p型电子层和p型阻挡层；步骤s207，生长电流扩展层gap层。
14.本发明另一方面还提供一种led芯片，包括上述的减小半波宽的外延片。
15.与现有技术相比：通过在在布拉格反射镜层上设置n型层以及在有源层上设置p型层，由于n型层中的n型电子层由若干n型电子子层组成，且掺杂的si浓度呈阶梯式递增，p型层中的p型电子层由若干p型电子子层组成，且掺杂的mg浓度呈阶梯式递减，使得n型电子层与p型电子层形成简易的谐振腔结构，拥有对中心波长的光产生高反射的效果，再配合布拉格反射镜层，从而使符合中心波长的光可以射出，不符合的部分会被谐振抑制，达到提高中心波长的集中性的目的，使得芯片可以进行小间距排布。
附图说明
16.图1为本发明实施例一当中的一种减小半波宽的外延片的结构示意图；图2为本发明实施例二当中的一种减小半波宽的外延片的外延生长方法的流程图。
17.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
18.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。
19.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。
20.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。
21.实施例一请参阅图1，所示为本发明实施例一中的减小半波宽的外延片，包括衬底1以及在
所述衬底1上依次层叠的缓冲层2、布拉格反射镜层3、n型层、有源层6、p型层以及电流扩展层9。
22.需要说明的是，衬底1为gaas衬底，缓冲层2为gaas层，有源层6由algainp材料组成，电流扩展层9为gap层，布拉格反射镜层3为alas层和gaas层依次叠层的周期性结构，具体的，该布拉格反射镜层3的堆叠周期数为30个~36个，单层所述alas层的厚度为λ/4n1，单层所述gaas层的厚度为λ/4n2，其中，λ为预设中心波长，n1为alas材料的折射率，n2为gaas材料的折射率，在本实施例当中，λ为621nm，n1为3.1，n2为3.8，可以理解的，单层alas层的厚度为50nm，单层gaas层的厚度为41nm，那么，布拉格反射镜层3的厚度为2730nm~3276nm，由于中心波长为621nm，因此布拉格反射镜层3会对波长处于621nm附近的光进行反射，且越接近中心波长，反射率越高，由此完成对光波的筛选。
23.具体的，n型层包括依次层叠在布拉格反射镜层3上的n型电子层4和n型阻挡层5，p型层包括依次层叠在有源层6上的p型电子层7和p型阻挡层8，其中，n型电子层4和p型电子层7均为alinp层，n型阻挡层5和p型阻挡层8均为algainp层，在生长n型电子层4的过程中掺杂si，且si掺杂浓度阶梯式递增，在生长p型电子层7的过程中掺杂mg，且mg掺杂浓度阶梯式递减，需要说明的是，n型电子层4由若干n型电子子层依次沉积而成，各个n型电子子层在预设si掺杂浓度下生长，且相邻n型电子子层的si掺杂浓度差值为第一预设浓度值，p型电子层7由若干p型电子子层依次沉积而成，各个p型电子子层在预设mg掺杂浓度下生长，且相邻p型电子子层的mg掺杂浓度差值为第二预设浓度值。
24.在本实施例当中，第一预设浓度值和第二预设浓度值相等，且第一预设浓度值和第二预设浓度值所处的浓度范围均为1e 17 cm-3
~2.5e 17cm-3
，即相邻n型电子子层的si掺杂浓度差值为1e 17 cm-3
~2.5e 17 cm-3
，相邻p型电子子层的mg掺杂浓度差值也为1e 17 cm-3
~2.5e 17 cm-3
，具体的，靠近布拉格反射镜层3的n型电子子层的si掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，远离布拉格反射镜层3的n型电子子层的si掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，可以理解的，n型电子层4中生长的第一层n型电子子层的si掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，当第一预设浓度值为1e 17 cm-3
时，那么，第二层n型电子子层的si掺杂浓度为1.6e 18 cm-3
，第三层n型电子子层的si掺杂浓度为1.7e 18 cm-3
，以此类推，直至生长至最后一层n型电子子层的si掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，其中，n型电子层4总共包含11层n型电子子层。
25.同理，靠近有源层6的p型电子子层的mg掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，远离有源层6的p型电子子层的mg掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，可以理解的，p型电子层7中生长的第一层p型电子子层的mg掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，当第二预设浓度值为1e 17 cm-3
时，那么，第二层p型电子子层的mg掺杂浓度为2.4e 18 cm-3
，第三层p型电子子层的mg掺杂浓度为2.3e 18 cm-3
，以此类推，直至生长至最后一层p型电子子层的mg掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，其中，p型电子层7总共包含11层p型电子子层。
26.另外，n型电子子层和p型电子子层的厚度均为λ/4n3，其中，n3为alinp材料的折射率，具体的，n3为2.8~2.9，单层电子子层的厚度为53.5nm~55.4nm，由于n型电子层4中掺杂浓度由低变高，p型电子层7中掺杂浓度由高变低，且均呈阶梯式变化，使得载流子浓度分布也为渐变型，这样使得每一层电子子层的折射率发生改变，使其呈现出布拉格反射镜层3的效果。
27.综上，本发明实施例当中的减小半波宽的外延片，通过在在布拉格反射镜层上设
置n型层以及在有源层上设置p型层，由于n型层中的n型电子层由若干n型电子子层组成，且掺杂的si浓度呈阶梯式递增，p型层中的p型电子层由若干p型电子子层组成，且掺杂的mg浓度呈阶梯式递减，使得n型电子层与p型电子层形成简易的谐振腔结构，拥有对中心波长的光产生高反射的效果，再配合布拉格反射镜层，从而使符合中心波长的光可以射出，不符合的部分会被谐振抑制，达到提高中心波长的集中性的目的，使得芯片可以进行小间距排布。
28.实施例二请参阅图2，所示为本发明实施例二提出的一种减小半波宽的外延片的外延生长方法，用于制备上述实施例一当中的减小半波宽的外延片，所述方法具体包括步骤s201至步骤s207，其中：步骤s201，提供一生长所需的gaas衬底。
29.步骤s202，生长缓冲层gaas层。
30.步骤s203，生长由alas层和gaas层交替生长的布拉格反射镜层。
31.步骤s204，生长n型层，该n型层包括依次生长的n型电子层和n型阻挡层。
32.需要说明的是，n型电子层为alinp层，n型阻挡层为algainp层，在生长n型电子层的过程中，依次在布拉格反射镜层上生长若干n型电子子层，在生长n型电子子层过程中，控制si掺杂浓度为预设浓度，且控制相邻n型电子子层的si掺杂浓度差值为第一预设浓度值，其中，控制靠近布拉格反射镜层的n型电子子层的si掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，控制远离布拉格反射镜层的n型电子子层的si掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，第一预设浓度值为1e 17 cm-3
~2.5e 17 cm-3
，可以理解的，n型电子层中n型电子子层的数量取决于第一预设浓度值的大小，第一预设浓度值越大，n型电子子层的数量越少，另外，n型电子子层的厚度为λ/4n3，其中，n3为alinp材料的折射率。
33.步骤s205，生长由algainp材料组成的有源层。
34.步骤s206，生长p型层，该p型层包括依次生长的p型电子层和p型阻挡层。
35.具体的，p型电子层为alinp层，p型阻挡层为algainp层，在生长p型电子层的过程中，依次在有源层上生长若干p型电子子层，在生长p型电子子层过程中，控制mg掺杂浓度为预设浓度，且控制相邻p型电子子层的mg掺杂浓度差值为第二预设浓度值，其中，控制靠近有源层的p型电子子层的mg掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，控制远离有源层的p型电子子层的mg掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，第二预设浓度值为1e 17 cm-3
~2.5e 17 cm-3
，可以理解的，p型电子层中p型电子子层的数量取决于第二预设浓度值的大小，第二预设浓度值越大，p型电子子层的数量越少，另外，p型电子子层的厚度为λ/4n3，其中，n3为alinp材料的折射率。
36.步骤s207，生长电流扩展层gap层。
37.实施例三在本实施例当中，在gaas衬底上依次层叠缓冲层、布拉格反射镜层、n型层、有源层、p型层以及电流扩展层，其中，布拉格反射镜层为alas层和gaas层依次叠层的周期性结构，单层alas层的厚度为λ/4n1，单层gaas层的厚度为λ/4n2，其中，λ为预设中心波长，n1为alas材料的折射率，n2为gaas材料的折射率，具体的，λ为621nm，n1为3.1，n2为3.8，单层alas层的厚度为50nm，单层gaas层的厚度为41nm，且布拉格反射镜层的堆叠周期数为30个。
38.n型层包括依次生长的n型电子层和n型阻挡层，在生长n型电子层的过程中，依次在布拉格反射镜层上生长若干n型电子子层，具体的，第一层n型电子子层的si掺杂浓度为
cm-3
，最后一层p型电子子层的mg掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，且相邻p型电子子层的mg掺杂浓度浓度差为1.25e 17 cm-3
，即p型电子层中包含9个p型电子子层，单层p型电子子层的厚度为54nm。
48.本实施例制备得到的芯片，测试得到的半波宽为9.6nm。
49.实施例六在本实施例当中，在gaas衬底上依次层叠缓冲层、布拉格反射镜层、n型层、有源层、p型层以及电流扩展层，其中，布拉格反射镜层为alas层和gaas层依次叠层的周期性结构，单层alas层的厚度为λ/4n1，单层gaas层的厚度为λ/4n2，其中，λ为预设中心波长，n1为alas材料的折射率，n2为gaas材料的折射率，具体的，λ为621nm，n1为3.1，n2为3.8，单层alas层的厚度为50nm，单层gaas层的厚度为41nm，且布拉格反射镜层的堆叠周期数为30个。
50.n型层包括依次生长的n型电子层和n型阻挡层，在生长n型电子层的过程中，依次在布拉格反射镜层上生长若干n型电子子层，具体的，第一层n型电子子层的si掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，最后一层n型电子子层的si掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，且相邻n型电子子层的si掺杂浓度浓度差为1.43e 17 cm-3
，即n型电子层中包含8个n型电子子层，单层n型电子子层的厚度为54nm。
51.p型层包括依次生长的p型电子层和p型阻挡层，在生长p型电子层的过程中，依次在有源层上生长若干p型电子子层，具体的，第一层p型电子子层的mg掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，最后一层p型电子子层的mg掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，且相邻p型电子子层的mg掺杂浓度浓度差为1.43e 17 cm-3
，即p型电子层中包含8个p型电子子层，单层p型电子子层的厚度为54nm。
52.本实施例制备得到的芯片，测试得到的半波宽为9.8nm。
53.实施例七在本实施例当中，在gaas衬底上依次层叠缓冲层、布拉格反射镜层、n型层、有源层、p型层以及电流扩展层，其中，布拉格反射镜层为alas层和gaas层依次叠层的周期性结构，单层alas层的厚度为λ/4n1，单层gaas层的厚度为λ/4n2，其中，λ为预设中心波长，n1为alas材料的折射率，n2为gaas材料的折射率，具体的，λ为621nm，n1为3.1，n2为3.8，单层alas层的厚度为50nm，单层gaas层的厚度为41nm，且布拉格反射镜层的堆叠周期数为30个。
54.n型层包括依次生长的n型电子层和n型阻挡层，在生长n型电子层的过程中，依次在布拉格反射镜层上生长若干n型电子子层，具体的，第一层n型电子子层的si掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，最后一层n型电子子层的si掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，且相邻n型电子子层的si掺杂浓度浓度差为1.67e 17 cm-3
，即n型电子层中包含7个n型电子子层，单层n型电子子层的厚度为54nm。
55.p型层包括依次生长的p型电子层和p型阻挡层，在生长p型电子层的过程中，依次在有源层上生长若干p型电子子层，具体的，第一层p型电子子层的mg掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，最后一层p型电子子层的mg掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，且相邻p型电子子层的mg掺杂浓度浓度差为1.67e 17 cm-3
，即p型电子层中包含7个p型电子子层，单层p型电子子层的厚度为54nm。
56.本实施例制备得到的芯片，测试得到的半波宽为10.2nm。
57.实施例八
在本实施例当中，在gaas衬底上依次层叠缓冲层、布拉格反射镜层、n型层、有源层、p型层以及电流扩展层，其中，布拉格反射镜层为alas层和gaas层依次叠层的周期性结构，单层alas层的厚度为λ/4n1，单层gaas层的厚度为λ/4n2，其中，λ为预设中心波长，n1为alas材料的折射率，n2为gaas材料的折射率，具体的，λ为621nm，n1为3.1，n2为3.8，单层alas层的厚度为50nm，单层gaas层的厚度为41nm，且布拉格反射镜层的堆叠周期数为30个。
58.n型层包括依次生长的n型电子层和n型阻挡层，在生长n型电子层的过程中，依次在布拉格反射镜层上生长若干n型电子子层，具体的，第一层n型电子子层的si掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，最后一层n型电子子层的si掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，且相邻n型电子子层的si掺杂浓度浓度差为2e 17 cm-3
，即n型电子层中包含6个n型电子子层，单层n型电子子层的厚度为54nm。
59.p型层包括依次生长的p型电子层和p型阻挡层，在生长p型电子层的过程中，依次在有源层上生长若干p型电子子层，具体的，第一层p型电子子层的mg掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，最后一层p型电子子层的mg掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，且相邻p型电子子层的mg掺杂浓度浓度差为2e 17 cm-3
，即p型电子层中包含6个p型电子子层，单层p型电子子层的厚度为54nm。
60.本实施例制备得到的芯片，测试得到的半波宽为10.5nm。
61.实施例九在本实施例当中，在gaas衬底上依次层叠缓冲层、布拉格反射镜层、n型层、有源层、p型层以及电流扩展层，其中，布拉格反射镜层为alas层和gaas层依次叠层的周期性结构，单层alas层的厚度为λ/4n1，单层gaas层的厚度为λ/4n2，其中，λ为预设中心波长，n1为alas材料的折射率，n2为gaas材料的折射率，具体的，λ为621nm，n1为3.1，n2为3.8，单层alas层的厚度为50nm，单层gaas层的厚度为41nm，且布拉格反射镜层的堆叠周期数为30个。
62.n型层包括依次生长的n型电子层和n型阻挡层，在生长n型电子层的过程中，依次在布拉格反射镜层上生长若干n型电子子层，具体的，第一层n型电子子层的si掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，最后一层n型电子子层的si掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，且相邻n型电子子层的si掺杂浓度浓度差为2.5e 17 cm-3
，即n型电子层中包含5个n型电子子层，单层n型电子子层的厚度为54nm。
63.p型层包括依次生长的p型电子层和p型阻挡层，在生长p型电子层的过程中，依次在有源层上生长若干p型电子子层，具体的，第一层p型电子子层的mg掺杂浓度为2.5e 18 cm-3
，最后一层p型电子子层的mg掺杂浓度为1.5e 18 cm-3
，且相邻p型电子子层的mg掺杂浓度浓度差为2.5e 17 cm-3
，即p型电子层中包含5个p型电子子层，单层p型电子子层的厚度为54nm。
64.本实施例制备得到的芯片，测试得到的半波宽为11nm。
65.分别对现有技术中的led芯片的半波宽与本发明提出的进行比较，具体如表1所示：表1
从表中可以看出，通过本发明制备得到led芯片的半波宽较现有技术制备的led芯片而言，半波宽明显减小，其中，本发明制备得到led芯片的半波宽最小值为9.3nm，另外，随着第一/第二预设浓度值的变大，半波宽逐渐增大。
66.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。