高發光效率發光二極管外延片及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種高發光效率發光二極管外延片及其制備方法，屬于發光二極管領域。該高發光效率發光二極管外延片包括：襯底，以及依次覆蓋在襯底上的u型GaN層、N型GaN層、多量子阱有源層、P型AlGaN層和P型GaN載流子層，多量子阱有源層包括交替生長的多個InGaN阱層和多個GaN壘層；P型AlGaN層包括依次覆蓋在多量子阱有源層上的第一P型AlGaN子層、u型GaN子層和第二P型AlGaN子層。不僅可以降低P型GaN載流子層中空穴翻越P型AlGaN層所需要的勢能，同時還能在u型GaN子層中形成量子態，P型GaN載流子層中勢能低于翻越P型AlGaN層所需要的勢能的空穴，會通過量子隧穿效應隧穿到u型GaN子層中，進而傳輸到量子阱中，增加了注入多量子阱有源層中的空穴濃度。

High luminous efficiency LED epitaxial wafer and preparation method thereof

The invention discloses a light-emitting diode epitaxial wafer with high luminous efficiency and a preparation method thereof. The high luminous efficiency of the LED epitaxial wafer comprises a substrate, and are covered on the substrate u GaN layer, GaN layer, N type multi quantum well active layer, P AlGaN layer and the P type GaN carrier layer, a multiple quantum well active layer including a plurality of alternating InGaN well layer growth and multiple GaN barrier P layer; AlGaN layer includes a first P type AlGaN are covered in the MQW active layer on layer, GaN layer and second u P AlGaN sub layer. Not only can reduce the P type AlGaN P type GaN layer hole over the carrier layer in need of energy, but also in the U and GaN sub layer formed in the quantum state, hole type P AlGaN layer over the potential is lower than the required energy of P type GaN carrier layer, through quantum tunneling tunneling to u GaN sub layer, and then transmitted to the quantum well, increase the hole concentration of multiple quantum well active layer injection.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及發光二極管(英文LightEmittingDiode，簡稱LED)領域，特別涉及一種高發光效率發光二極管外延片及其制備方法。
技術介紹
LED因高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優點，被稱為是21世紀最有發展前景的綠色照明光源。GaN基LED作為LED中最重要的一類，在眾多領域都有著廣泛的應用。現有的GaN基LED的外延片主要包括襯底、緩沖層、N型GaN層、多量子阱有源層、P型AlGaN層、P型GaN載流子層等。GaN基LED在工作過程中，N型GaN層中產生的電子和P型GaN載流子層中產生的空穴，在電場的作用下向多量子阱有源層遷移，并在多量子阱有源層中發生輻射復合，進而發光。在實現本專利技術的過程中，專利技術人發現現有技術至少存在以下問題：隨著GaN基LED工作電流的增加，電流密度隨之增大，在這種大電流密度場景下，注入多量子阱有源層中的電子也隨之增多，導致部分電子未能與空穴在多量子阱有源層中復合而遷移至P型GaN載流子層中，致使電子溢漏的程度增加，使得大電流密度情況下LED芯片的發光效率下降。
技術實現思路
為了解決現有技術的問題，本專利技術實施例提供了一種高發光效率發光二極管外延片及其制備方法。所述技術方案如下：第一方面，本專利技術實施例提供了一種高發光效率發光二極管外延片，所述高發光效率發光二極管外延片包括：襯底，以及依次覆蓋在所述襯底上的u型GaN層、N型GaN層、多量子阱有源層、P型AlGaN層和P型GaN載流子層，所述多量子阱有源層包括交替生長的多個InGaN阱層和多個GaN壘層；所述P型AlGaN層包括依次覆蓋在所述多量子阱有源層上的第一P型AlGaN子層、u型GaN子層和第二P型AlGaN子層，所述u型GaN子層的厚度為所述P型AlGaN層的厚度的1/50-1/40。在本專利技術實施例的一種實現方式中，所述u型GaN子層的厚度為D，0.6nm≤D≤2nm。在本專利技術實施例的另一種實現方式中，所述第一P型AlGaN子層的厚度為d1，所述第二P型AlGaN子層的厚度為d2，d2/d1的范圍為1/13-1/9。在本專利技術實施例的另一種實現方式中，30nm≤d1+d2≤80nm，3nm≤d2≤6nm。在本專利技術實施例的另一種實現方式中，所述N型GaN層的厚度為1～4μm，所述P型GaN載流子層的厚度為100～500nm。第二方面，本專利技術實施例還提供了一種高發光效率發光二極管外延片制備方法，所述方法包括：提供一襯底；在所述襯底上依次生長u型GaN層和N型GaN層；在所述N型GaN層上生長多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括交替生長的多個InGaN阱層和多個GaN壘；在所述多量子阱有源層上生長P型AlGaN層，所述P型AlGaN層包括依次覆蓋在所述多量子阱有源層上的第一P型AlGaN子層、u型GaN子層和第二P型AlGaN子層，所述u型GaN子層的厚度為所述P型AlGaN層的厚度的1/50-1/40；在所述P型AlGaN層上生長P型GaN載流子層。在本專利技術實施例的一種實現方式中，所述u型GaN子層的厚度為D，0.6nm≤D≤2nm。在本專利技術實施例的另一種實現方式中，所述第一P型AlGaN子層的厚度為d1，所述第二P型AlGaN子層的厚度為d2，d2/d1的范圍為1/13-1/9。在本專利技術實施例的另一種實現方式中，30nm≤d1+d2≤80nm，3nm≤d2≤6nm。在本專利技術實施例的另一種實現方式中，所述N型GaN層的厚度為1～4μm，所述P型GaN載流子層的厚度為100～500nm。本專利技術實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：本專利技術提供的外延片包括：襯底，和依次覆蓋在襯底上的u型GaN層、N型GaN層、多量子阱有源層、P型AlGaN層以及P型GaN載流子層，其中多量子阱有源層由InGaN阱層/GaN壘層結構構成，P型AlGaN層包括依次覆蓋在多量子阱有源層上的第一P型AlGaN子層、u型GaN子層和第二P型AlGaN子層。在兩個P型AlGaN子層中插入一個u型GaN子層，使得P型AlGaN子層的能帶結構被改變，即載流子傳輸需要翻越的能帶勢壘高度會發生改變，而GaN的能帶結構低于AlGaN，因此使得本實施例提供的P型AlGaN層的能帶結構低于一般的P型AlGaN層，從而達到降低P型GaN載流子層中空穴翻越P型AlGaN層所需要的勢能，增加翻越P型AlGaN層傳輸到多量子阱區的空穴濃度的效果；同時u型GaN子層的厚度為P型AlGaN層的1/50-1/40，說明u型GaN子層很薄，在u型GaN子層中會形成量子態，P型GaN載流子層中勢能低于翻越P型AlGaN層所需要的勢能的空穴，會通過量子隧穿效應隧穿到u型GaN子層中，進而傳輸到量子阱中，進一步增加了注入多量子阱有源層中的空穴濃度，所以大大提高了電子和空穴在多量子阱有源層中的復合效率，同時由于進入到量子阱中空穴數量的增加，使得越過多量子阱有源層逃逸到P型GaN載流子層的電子數量明顯減少，電子溢漏的程度減小，進一步提高了大電流密度下GaN基LED的發光效率。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本專利技術實施例提供的高發光效率發光二極管外延片的結構示意圖；圖2是本專利技術實施例提供的高發光效率發光二極管外延片制備方法的流程圖。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術實施方式作進一步地詳細描述。圖1是本專利技術實施例提供的一種高發光效率發光二極管外延片的結構示意圖，適用于藍綠光波的GaN基LED，參見圖1，該高發光效率發光二極管外延片包括：襯底100，以及依次覆蓋在襯底100上的u型GaN層101、N型GaN層102、多量子阱有源層103、P型AlGaN層104、以及P型GaN載流子層105，該多量子阱有源層103包括：交替生長的多個InGaN阱層113和多個GaN壘層123。其中，P型AlGaN層104包括依次覆蓋在多量子阱有源層103上的第一P型AlGaN子層114、u型GaN子層124和第二P型AlGaN子層134，其中，u型GaN子層124的厚度為P型AlGaN層本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高發光效率發光二極管外延片，所述高發光效率發光二極管外延片包括：襯底，以及依次覆蓋在所述襯底上的u型GaN層、N型GaN層、多量子阱有源層、P型AlGaN層和P型GaN載流子層，所述多量子阱有源層包括交替生長的多個InGaN阱層和多個GaN壘層；其特征在于，所述P型AlGaN層包括依次覆蓋在所述多量子阱有源層上的第一P型AlGaN子層、u型GaN子層和第二P型AlGaN子層，所述u型GaN子層的厚度為所述P型AlGaN層的厚度的1/50?1/40。

【技術特征摘要】
1.一種高發光效率發光二極管外延片，所述高發光效率發光二極管外延片
包括：襯底，以及依次覆蓋在所述襯底上的u型GaN層、N型GaN層、多量子
阱有源層、P型AlGaN層和P型GaN載流子層，所述多量子阱有源層包括交替
生長的多個InGaN阱層和多個GaN壘層；
其特征在于，所述P型AlGaN層包括依次覆蓋在所述多量子阱有源層上的
第一P型AlGaN子層、u型GaN子層和第二P型AlGaN子層，所述u型GaN
子層的厚度為所述P型AlGaN層的厚度的1/50-1/40。
2.根據權利要求1所述的高發光效率發光二極管外延片，其特征在于，所
述u型GaN子層的厚度為D，0.6nm≤D≤2nm。
3.根據權利要求1所述的高發光效率發光二極管外延片，其特征在于，所
述第一P型AlGaN子層的厚度為d1，所述第二P型AlGaN子層的厚度為d2，
d2/d1的范圍為1/13-1/9。
4.根據權利要求3所述的高發光效率發光二極管外延片，其特征在于，30nm
≤d1+d2≤80nm，3nm≤d2≤6nm。
5.根據權利要求1-4任一項所述的高發光效率發光二極管外延片，其特征
在于，所述N型GaN層的厚度為1～4μm，所述P型GaN載流子層的厚度為
100～500nm。

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫玉芹，王江波，
申請(專利權)人：華燦光電股份有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北;42