本發(fā)明涉及l(fā)ed，具體涉及一種改善光效衰減的led外延片及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、四元系algainp材料制備的led在顯示屏、場景照明、舞臺背景、汽車系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。隨著應(yīng)用場景逐漸增多及使用條件越來越嚴(yán)苛，高亮度的algainp紅光led需要在高溫及大電流的極端條件下保持良好的亮度穩(wěn)定性和可靠性。然而，隨著芯片尺寸的不斷縮小，業(yè)界常規(guī)的algainp紅光led都無法達(dá)到良好的抗高溫和大電流的老化性能。如專利號cn201610276669的專利提出一種通過采用分段摻雜多譜dbr反射層，和降低與過渡層相鄰段的p型半導(dǎo)體摻雜層來提升抗大電流老化性能。但是，隨著芯片尺寸縮小到4.0mil×4.0mil以下，上述方案就會出現(xiàn)老化失效的情況，其主要原因就是led本身的結(jié)溫升高，以及更大電流密度下的非輻射復(fù)合加劇，而且在高溫的工作環(huán)境下雜質(zhì)缺陷帶來的負(fù)面影響開始占據(jù)主導(dǎo)，從而導(dǎo)致亮度衰減嚴(yán)重。

2、同樣，常規(guī)algainp?led外延結(jié)構(gòu)（如圖1所示）雖然自下而上依次包括n型gaas襯底1、n型gaas緩沖層2、分布式布拉格反射層（dbr）3、?n型限制層4、多量子阱發(fā)光層5、p型限制層6、p型過渡層7、p型窗口層8，但是由于n型摻雜層一側(cè)的dbr材料在高溫工作環(huán)境和大電流密度下，無法提供良好的電流擴(kuò)展，若調(diào)整其中的n型摻雜，會導(dǎo)致嚴(yán)重的載流子泄漏和雜質(zhì)擴(kuò)散，反而會將更多的雜質(zhì)引入到多量子阱發(fā)光層中，降低發(fā)光效率，導(dǎo)致小尺寸led芯片的發(fā)光亮度繼續(xù)衰減。同時，p型限制層中的p型摻雜劑非常容易在高溫下向多量子阱發(fā)光層和過渡層擴(kuò)散，導(dǎo)致電子-空穴對被深能級俘獲減低輻射復(fù)合機(jī)率，從而影響發(fā)光效率。

3、因此，開發(fā)一種能在高溫及大電流條件下改善光效衰減的algainp紅光led外延片具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種改善光效衰減的led外延片及其制備方法，用于改善高溫和大電流工作環(huán)境中l(wèi)ed的發(fā)光效率衰減問題。

2、本發(fā)明的第一目的是提供一種改善光效衰減的led外延片，所述led外延片由下往上依次包括n型gaas襯底、n型gaas緩沖層、dbr反射層、n型抗高溫?cái)U(kuò)散層、n型限制層、第一逆向摻雜層、多量子阱發(fā)光層、第二逆向摻雜層、p型限制層、p型過渡層、p型窗口層；

3、所述n型抗高溫?cái)U(kuò)散層的材料為(alx1ga1-x1)0.5in0.5p，其中x1的取值范圍為0.6～0.8。

4、本發(fā)明采用(alx1ga1-x1)0.5in0.5p插入層的設(shè)計(jì)，借助algainp材料電子遷移率介于dbr反射層材料和n型限制層alinp之間的特點(diǎn)，提升led芯片的電流擴(kuò)展能力，避免大電流工作中的電流擁擠導(dǎo)致器件發(fā)熱從而亮度衰減等問題；同時在n型限制層與非摻雜發(fā)光層之間、p型限制層與發(fā)光層之間設(shè)計(jì)逆向摻雜層結(jié)構(gòu)，可有效防止高溫和大電流工作中的載流子擴(kuò)散進(jìn)入多量子阱發(fā)光層造成深能級缺陷，抵消了雜質(zhì)元素的擴(kuò)散效應(yīng)，從而進(jìn)一步提升led的高溫和大電流下的抗光衰性能。

5、進(jìn)一步的，所述n型抗高溫?cái)U(kuò)散層的厚度為200nm～250nm，摻雜劑為sih4，摻雜濃度為0.5×1018cm-3～1×1018cm-3。

6、進(jìn)一步的，所述第一逆向摻雜層的材料為(alx2ga1-x2)0.5in0.5p，厚度為40nm～60nm，其中x2的取值范圍是0.7～0.8，該層采用ccl4作為p型摻雜劑提供p型載流子，摻雜濃度為0.2×1017cm-3～0.5×1017cm-3。

7、進(jìn)一步的，所述第二逆向摻雜層的材料為(alx3ga1-x3)0.5in0.5p，厚度為60nm～80nm，其中x3的取值范圍是0.7～0.8，該層采用dete作為n型摻雜劑提供n型載流子，摻雜濃度為0.5×1017cm-3～1.0×1017cm-3。

8、本技術(shù)方案在靠近n型一側(cè)和p型一側(cè)均采用相反的雜質(zhì)摻雜，可以對原本的摻雜特性進(jìn)行抵消，即led芯片在高溫下n型一側(cè)的電子向多量子阱發(fā)光層擴(kuò)散的過程中，會被第一逆向摻雜層中的空穴俘獲從而抵消電子的擴(kuò)散；同理，p型一側(cè)的空穴向多量子阱發(fā)光層擴(kuò)散時會被第二逆向摻雜層中的電子抵消降低擴(kuò)散濃度，抑制了雜質(zhì)元素的擴(kuò)散效應(yīng)，從而提升led的高溫和大電流下的抗光衰性能。

9、進(jìn)一步的，所述dbr反射層是由alas/al0.45ga0.55as材料交替生長的周期性結(jié)構(gòu)，每個周期性結(jié)構(gòu)中alas厚度為44nm～48nm，al0.45ga0.55as的厚度為57nm～62nm，所述alas與al0.45ga0.55as交替生長的周期性循環(huán)對數(shù)為15對～20對，其中，alas材料中的摻雜劑為sih4，摻雜濃度為1.0×1018cm-3～2.0×1018cm-3，al0.45ga0.55as材料中的摻雜劑為sih4，摻雜濃度為2.0×1018cm-3～3.0×1018cm-3。

10、進(jìn)一步的，所述n型限制層的材料為al0.5in0.5p，厚度為300nm～500nm，摻雜劑為sih4，摻雜濃度為1×1018cm-3～2×1018cm-3；所述p型限制層的材料為al0.5in0.5p，厚度為500nm～900nm，摻雜劑為cp2mg，摻雜濃度為0.7×1018cm-3～1×1018cm-3。

11、本發(fā)明的第二目的是提供一種改善光效衰減的led外延片的制備方法，利用mocvd設(shè)備在n型gaas襯底上，依次生長n型gaas緩沖層、dbr反射層、n型抗高溫?cái)U(kuò)散層、n型限制層、第一逆向摻雜層、多量子阱發(fā)光層、第二逆向摻雜層、p型限制層、p型過渡層、p型窗口層；

12、所述n型抗高溫?cái)U(kuò)散層采用ⅴ族源材料ph3漸變方式生長；

13、所述第一逆向摻雜層在所述多量子阱發(fā)光層與n型限制層之間，并采用p型摻雜劑摻雜，所述第二逆向摻雜層在所述多量子阱發(fā)光層與p型限制層之間，并采用n型摻雜劑摻雜。

14、本發(fā)明采用特殊的ph3漸變的方式生長n型抗高溫?cái)U(kuò)散層，達(dá)到該層材料的ⅴ族源與ⅲ族金屬源摩爾比持續(xù)漸變的目的，調(diào)節(jié)摻雜材料在晶格中的并入，從而抑制雜質(zhì)在高溫環(huán)境下向發(fā)光層擴(kuò)散而導(dǎo)致的光效衰減，改善光效衰減的同時提升了led芯片的高溫抗老化性能。同時，通過設(shè)計(jì)一種逆向摻雜層結(jié)構(gòu)，俘獲并抵消n型擴(kuò)散的電子及p型擴(kuò)散的空穴，抑制雜質(zhì)元素的擴(kuò)散效應(yīng)，從而進(jìn)一步提升led的高溫大電流抗光衰性能。

15、進(jìn)一步的，所述n型抗高溫?cái)U(kuò)散層的生長步驟為：設(shè)定反應(yīng)室溫度為730℃±10℃，在dbr反射層上通入tmal、tmga、tmin、ph3，生長厚度為200nm～250nm的(alx1ga1-x1)0.5in0.5p材料，并采用sih4作為n型摻雜劑，摻雜濃度為0.5×1018cm-3～1×1018cm-3，其中x1的取值范圍是0.6～0.8，生長的初始ph3流量為800sccm，然后逐漸漸變至1300sccm，ph3流量的漸變的速率為2.0sccm/nm～2.5sccm/nm。

16、進(jìn)一步的，所述第一逆向摻雜層的生長步驟為：設(shè)定反應(yīng)室溫度為700℃±10℃，在n型限制層上通入tmal、tmga、tmin、ph3，生長厚度為40nm～60nm的(alx2ga1-x2)0.5in0.5p材料，并采用ccl4作為p型摻雜劑提供p型載流子，摻雜濃度為0.2×1017cm-3～0.5×1017cm-3，其中x2的取值范圍為0.7～0.8。

17、進(jìn)一步的，所述第二逆向摻雜層的生長步驟為：設(shè)定反應(yīng)室溫度為730℃±10℃，在多量子阱發(fā)光層上通入tmal、tmga、tmin、ph3，生長厚度為60nm～80nm的(alx3ga1-x3)0.5in0.5p材料，并采用dete作為n型摻雜劑提供n型載流子，摻雜濃度為0.5×1017cm-3～1.0×1017cm-3，其中x3的取值范圍為0.7～0.8。

18、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果有：

19、1.本發(fā)明在dbr反射層與n型限制層之間插入n型抗高溫?cái)U(kuò)散層，借助algainp材料電子遷移率介于dbr反射材料和n型限制層alinp之間的特點(diǎn)，提升led芯片在高溫和大電流下的電流擴(kuò)展能力，同時采用特殊的ph3漸變的方式生長，使得ⅴ族源與ⅲ族源的摩爾比持續(xù)漸變，調(diào)節(jié)摻雜材料在晶格中的并入，從而抑制雜質(zhì)在高溫環(huán)境下向發(fā)光層擴(kuò)散而導(dǎo)致的光效衰減?？捎行П苊鈬?yán)苛工作條件中的電流擁擠導(dǎo)致器件發(fā)熱從而引起的亮度衰減等問題。

20、2.本發(fā)明在n型限制層與多量子阱發(fā)光層之間引入第一逆向摻雜層，在p型限制層與多量子阱發(fā)光層之間引入第二逆向摻雜層，兩個逆向摻雜層采用與相應(yīng)空間電荷區(qū)相反的雜質(zhì)摻雜類型，這種逆向摻雜層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可有效俘獲并抵消n型擴(kuò)散的電子及p型擴(kuò)散的空穴，抑制雜質(zhì)元素的擴(kuò)散效應(yīng)，從而提升led的高溫和大電流下的抗光衰性能。