具有新型結構的發光二極管外延片及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及發光二極管(英文Light Emitting D1de，簡稱LED)領域，特別涉及一種具有新型結構的發光二極管外延片及其制備方法。
【背景技術】
[0002]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。
[0003]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迀移，并在多量子阱有源層中發生輻射復合，進而發光。
[0004]在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題:
[0005]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迀移至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。
【發明內容】
[0006]為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種具有新型結構的發光二極管外延片及其制備方法。所述技術方案如下:
[0007]第一方面，本發明實施例提供了一種具有新型結構的發光二極管外延片，所述具有新型結構的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型載流子極化層，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皇層；
[0008]所述P型載流子極化層包括依次覆蓋在所述P型AlGaN層上的第一 P型GaN子層、P型AlGaN子層和第二 P型GaN子層。
[0009]在本發明實施例的一種實現方式中，所述P型AlGaN子層與所述P型AlGaN層的距離為d，D/2 < d < 4D/5，所述DSP型載流子極化層的厚度。
[0010]在本發明實施例的另一種實現方式中，lOOnm彡D彡500nm。
[0011]在本發明實施例的另一種實現方式中，所述P型AlGaN子層的厚度為dl，lnm ^ dl ^ 10nm。
[0012]在本發明實施例的另一種實現方式中，所述P型AlGaN子層中A1的組分為x，0.02
<X 0.05。
[0013]第二方面，本發明實施例還提供了一種具有新型結構的發光二極管外延片制備方法，所述方法包括:
[0014]提供一襯底；
[0015]在所述襯底上依次生長u型GaN層和N型GaN層；
[0016]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皇；
[0017]在所述多量子阱有源層上生長P型AlGaN層；
[0018]在所述P型AlGaN層上生長P型載流子極化層，所述P型載流子極化層包括依次覆蓋在所述P型AlGaN層上的第一 P型GaN子層、P型AlGaN子層和第二 P型GaN子層。
[0019]在本發明實施例的一種實現方式中，所述P型AlGaN子層與所述P型AlGaN層的距離為d，D/2 < d < 4D/5，所述DSP型載流子極化層的厚度。
[0020]在本發明實施例的另一種實現方式中，lOOnm彡D彡500nm。
[0021]在本發明實施例的另一種實現方式中，所述P型AlGaN子層的厚度為dl，lnm ^ dl ^ 10nm。
[0022]在本發明實施例的另一種實現方式中，所述P型AlGaN子層中A1的組分為x，0.02
<X 0.05。
[0023]本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0024]本發明提供的外延片包括: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型載流子極化層，其中，P型載流子極化層包括依次覆蓋在P型AlGaN層上的第一 P型GaN子層、P型AlGaN子層和第二 P型GaN子層。P型載流子極化層中的AlGaN和GaN為異質結構，會形成強極化電場，強極化電場使得翻越或者隧穿過該極化電場的空穴能量增加，從而使得更多的空穴有足夠的能量越過P型AlGaN層進入到量子阱有源區中，以增加注入多量子阱有源層中的空穴濃度，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型載流子極化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】
[0025]為了更清楚地說明本發明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發明的一些實施例，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。
[0026]圖1是本發明實施例提供的具有新型結構的發光二極管外延片的結構示意圖；
[0027]圖2是本發明實施例提供的具有新型結構的發光二極管外延片制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0029]圖1是本發明實施例提供的一種具有新型結構的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，該具有新型結構的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型載流子極化層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皇層123。
[0030]其中，P型載流子極化層105包括依次覆蓋在P型AlGaN層104上的第一 P型GaN子層115、P型AlGaN子層125和第二 P型GaN子層135。
[0031]在該發光二極管外延片中，P型載流子極化層105由異質結構(AlGaN、GaN)形成，第一 P型GaN子層115、P型AlGaN子層125和第二 P型GaN子層135共同形成的一個極化層，極化層形成強極化電場，強極化電場的方向跟NP電極的方向一致，因而增強了 NP電極的作用，使得翻越或者隧穿過該極化電場的空穴能量增加，從而使得更多的空穴有足夠的能量越過P型AlGaN層進入到量子阱有源區中，以增加注入多量子阱有源層中的空穴濃度，提高了電子和空穴在多量子阱有源層中的復合效率。
[0032]可選地，P型AlGaN子層125與P型AlGaN層104的距離為d，D/2彡d < 4D/5，DSP型載流子極化層105的厚度。即P型AlGaN子層125設置在整個P型載流子極化層105中部偏上的位置，該位置既能保證第一 P型GaN子層115中的空穴能夠受到極化電場的能量增強效果，又能保證第二 P型GaN子層135中的空穴順利翻越過P型AlGaN子層125，并在翻越后能量得到增強。
[0033]可選地，lOOnm ^ D ^ 500nm,即P型載流子極化層105的厚度為100nm-500nm。優選地，D可以為200nm。
[0034]可選地，P型AlGaN子層125的厚度為dl，lnm ^ dl ^ 10nm。該厚度既不至于過厚從而對第二 P型GaN子層135中的空穴造成阻擋，又不至于過薄導致P型AlGaN子層125無法順利生長，滿足了本實施例的需求。
[0035]可選地，P型AlGaN子層125中A1的組分為x，0.02 < X彡0.05。上述A1的組分范圍，既保證了不會因為A1的組分過大導致芯片電壓升高，又保證了不會因為A1的組分過小影響極化電場的強度，造成空穴能量增強效果不明顯，進而導致發光效率增加不明顯。
[0036]其中，InGaN阱層113和GaN皇層123的層數均為6。
[0037]進一步地，u型GaN層101的厚度為1?4 μ m (優選2 μ m)，N型GaN層102的厚度為1?4 μm(優選2 μm)，InGaN講層113的厚度為2.8?3.8nm(優選為3?3.5nm)，GaN皇層123的厚度為6nm?20nm(優選為8?15nm)，P型AlGa