CN107919422A - 背光显示屏用发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种背光显示屏用发光二极管及其制备方法，所述发光二极管包括依次层叠在衬底上的缓冲层、u‑GaN、n‑GaN、过渡层、有源层、p‑GaN，所述第一过渡层包括第一过渡阱层和第一过渡垒层，所述第二过渡层包括第二过渡阱层和第二过渡垒层，第一过渡阱层中铟含量低于第二过渡阱层中铟含量。将过渡层设置为第一过渡层，第二过渡层不会影响到正常的工作电压，当发光二极管在一个低的工作电流下工作时，由于电子获得的激发能有限，将过渡层设置为第一过渡层，第二过渡层后，第一过渡阱层中对部分低能电子产生阻挡作用，从而使低电流下对应的工作电压升高，满足技术规格要求。
Description
技术领域
本发明涉及照明技术领域，具体涉及一种背光显示屏用发光二极管及其制备方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diodes，简称：LED)具有体积小、颜色丰富多彩、使用寿命长等优点，是信息光电子新兴产业中极具影响力的新产品，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。GaN是制作LED的理想材料，以GaN为代表的Ⅲ族氮化物是直接带隙的宽禁带半导体，具有导热率高、发光效率高、物理化学性质稳定、能实现P型或N型掺杂的优点，GaN的多元合金InGaN和GaN构成的有源层，不但发光波长可覆盖整个可见光区域，而且具有较高的内量子效率。
现有的GaN基LED外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、有源层、P型GaN层。其中，有源层包括交替层叠的InGaN阱层和GaN垒层。
LED背光是指用LED(发光二极管)来作为液晶显示屏的背光源。和传统的CCFL(冷阴极管)背光源相比，LED背光具有低功耗、低发热量、亮度高、寿命长等特点，有望近年彻底取代传统背光系统。
LED作为液晶显示屏的背光源需要满足各项光电技术要求，其中电压作为一项重要的技术指标，不仅决定能耗，同时对亮度的均匀性以及发光二极管的使用寿命都有着重要的影响。
在制备发光二极管过程中一般是通过N型GaN层或者P型GaN层中的掺杂浓度来调整电压，掺杂浓度越高，电压越低，如申请号为CN201410426072.2的发明专利公开了掺杂Si的第一GaN层，在所述的第一GaN层上是掺杂Si的第二GaN层。以此来降低驱动电压，但是过高的掺杂浓度容易导致漏电变大以及可能产生的表面问题，同时在背光应用中需要适应不同电流下的电压需求，在针对电压的工艺调试中，常常出现不同电流下电压均朝着升高或者降低的方向变化，不能实现某一特定电流下电压的调整。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种背光显示屏用发光二极管及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种背光显示屏用发光二极管制备方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成u-GaN；
在所述u-GaN上形成n-GaN；
在所述n-GaN上形成过渡层；
在所述过渡层上形成有源层；
在所述有源层上形成p-GaN；
所述缓冲层为低温氮化镓层；所述u-GaN为未掺杂氮化镓层；所述n-GaN为n型掺杂氮化镓层；所述过渡层包括第一过渡层，第二过渡层；所述第一过渡层包括第一过渡阱层和第一过渡垒层，所述第二过渡层包括第二过渡阱层和第二过渡垒层，第一过渡阱层中铟含量低于第二过渡阱层中铟含量，所述第一过渡阱层、第一过渡垒层、第二过渡阱层、第二过渡垒层依次在垂直于所述n-GaN表面的方向上设置；所述有源层包括多层阱层和多层垒层，所述阱层在垂直于所述过渡层表面的方向上层叠设置，相邻阱层之间具有所述垒层，所述p-GaN为p型掺杂氮化镓层。
可选的，制备所述第一过渡阱层、第二过渡阱层时镓源流量、氨气流量、生长温度均相等，通入第一过渡阱层中铟流量小于第二过渡阱层中铟流量。
可选的，制备所述第一过渡阱层、第二过渡阱层时镓源流量、氨气流量、铟源流量均相等，第一过渡阱层生长温度高于第二过渡阱层生长温度。
可选的，所述第一过渡阱层的阱宽大于第二过渡阱层的阱宽。
可选的，所述第一过渡垒层、第二过渡垒层分别掺杂硅。
可选的，所述第一过渡垒层中硅掺杂浓度高于第二过渡垒层中硅掺杂浓度。
可选的，所述有源层分为第一有源层，第二有源层，所述第一有源层分别包括多个第一阱层和多个第一垒层,所述第二有源层分别包括多个第二阱层和多个第二垒层,所述第一阱层中铟含量低于所述第二阱层铟含量。
可选的，所述第一有源层中包括2-4个第一阱层和2-4个第一垒层，第二有源层中包括2-6个第二阱层和2-6个第二垒层。
一种背光显示屏用发光二极管，包括：
衬底；
位于所述衬底上的缓冲层；
位于所述缓冲层上的u-GaN；
位于所述u-GaN上的n-GaN；
位于所述n-GaN上的过渡层；
位于所述过渡层上的有源层；
位于所述有源层上的p-GaN；
所述缓冲层为低温氮化镓层；所述u-GaN为未掺杂氮化镓层；所述n-GaN为n型掺杂氮化镓层；所述过渡层包括第一过渡层，第二过渡层；所述第一过渡层包括第一过渡阱层和第一过渡垒层，所述第二过渡层包括第二过渡阱层和第二过渡垒层，第一过渡阱层中铟含量低于第二过渡阱层中铟含量，所述第一过渡阱层、第一过渡垒层、第二过渡阱层、第二过渡垒层依次在垂直于所述n-GaN表面的方向上设置；所述有源层包括多层阱层和多层垒层，所述阱层在垂直于所述过渡层表面的方向上层叠设置，相邻阱层之间具有所述垒层，所述p-GaN为p型掺杂氮化镓层。
可选的，所述有源层分为第一有源层，第二有源层，所述第一有源层分别包括多个第一阱层和多个第一垒层,所述第二有源层分别包括多个第二阱层和多个第二垒层,所述第一阱层中铟含量低于所述第二阱层铟含量。
本发明的有益效果是：本发明将过渡层设置为第一过渡层，第二过渡层；第一过渡层包括第一过渡阱层和第一过渡垒层，第二过渡层包括第二过渡阱层和第二过渡垒层，第一过渡阱层中铟含量低于第二过渡阱层中铟含量，从而在过渡层形成不同的能带图谱，当发光二极管在较高工作电流下工作时，由于电子具有足够的激发能，将过渡层设置为第一过渡层，第二过渡层不会影响到正常的工作电压，当发光二极管在一个低的工作电流下工作时，由于电子获得的激发能有限，将过渡层设置为第一过渡层，第二过渡层后，第一过渡阱层中对部分低能电子产生阻挡作用，从而使低电流下对应的工作电压升高，满足技术规格要求。
附图说明
图1为发光二极管结构示意图；
图2为发光二极管过渡层结构示意图；
图3为发光二极管有源层结构示意图；
图4、图6、图7、图9、图10为过渡层与有源层所形成的不同能带图；
图5为发光二极管过渡层结构另一种实施方式示意图；
图8为发光二极管有源层结构另一种实施方式示意图；
图11为本发明提供的发光二极管制备方法流程图。
具体实施方式
发光二极管在通过MOCVD设备制造过程中存在诸多问题，例如，所形成的发光二极管的电压不能满足要求。
现结合发光二极管结构及其制造过程，分析所述发光二极管电压不能满足要求的原因：
请参考图1，现有技术中的发光二极管100包括：衬底101；在所述衬底101上形成的缓冲层102；在所述缓冲层102上形成的u-GaN103，在所述u-GaN103上形成的n-GaN104，在所述n-GaN104上形成的过渡层105，在所述过渡层105上形成的有源层106，在所述有源层106上形成的p-GaN107。
其中所述缓冲层102为低温氮化镓层，所述u-GaN103为未掺杂氮化镓层，所述n-GaN104为n型掺杂氮化镓层，过渡层105包括过渡阱层105a和过渡垒层105b(图2所示)，所述过渡阱层105a、过渡垒层105b依次在垂直于所述n-GaN104表面的方向上设置，所述有源层106包括多层阱层106a和多层垒层106b(图3所示)，所述阱层106a在垂直于所述过渡垒层105b表面的方向上层叠设置，相邻阱层106a之间具有所述垒层106b，所述p-GaN107为p型掺杂氮化镓层并设置在所述垒层106b上。
由于n-GaN104通常在较高的温度(800℃～1200℃)下生长，且生长速率要远高于有源层106，致使界面产生较大的界面能，位错密度增大，为减少由此而造成的缺陷及应力，在n-GaN104与有源层106之间生长一层过渡层105，以此减少n-GaN104与有源层106之间失配。过渡层105包括过渡阱层105a和过渡垒层105b。
过渡层105与有源层106所形成的能带图如图4所示，当发光二极管通入某一电流，激发n-GaN104中的电子依次向过渡层105、有源层106中跃迁并在有源层106中靠近p-GaN107的阱层106a中与p-GaN107产生的空穴复合并发光。当发光二极管作为背光源使用时，需要在不同工作电流下切换使用，以满足亮度和色彩的需求，如在20mA和5mA下工作，不同电流下，如果在电阻一定的情况下，电压则保持在某一范围，如果需要针对某一电流下的电压进行调节，常规技术手段无法实现。
请参考图5，将过渡层105设置为第一过渡层1051，第二过渡层1052；第一过渡层1051包括第一过渡阱层1051a和第一过渡垒层1051b，第二过渡层1052包括第二过渡阱层1052a和第二过渡垒层1052b，第一过渡阱层1051a中铟含量低于第二过渡阱层1052a中铟含量，从而在过渡层105形成不同的能带图谱，如图6所示，当发光二极管在较高工作电流下工作时，由于电子具有足够的激发能，将过渡层105设置为第一过渡层1051，第二过渡层1052不会影响到正常的工作电压，当发光二极管在一个低的工作电流下工作时，由于电子获得的激发能有限，将过渡层105设置为第一过渡层1051，第二过渡层1052后，第一过渡阱层1051a中对部分低能电子产生阻挡作用，从而使低电流下对应的工作电压升高，满足技术要求。
具体制备时，要实现第一过渡阱层1051a中铟含量低于第二过渡阱层1052a中铟含量可以直接通过控制铟流量实现或者通过控制温度实现。
在镓源流量、氨气流量、生长温度相等的情况下，阱层中掺入的铟含量与铟流量成正比，当通入第一过渡阱层1051a铟流量小于第二过渡阱层1052a铟流量便可实现第一过渡阱层1051a中铟含量低于第二过渡阱层1052a中铟含量。由于阱层中掺入的铟含量与生长温度成反比，在镓源流量、氨气流量、铟源流量相等的情况下，当第一过渡阱层1051a生长温度高于第二过渡阱层1052a生长温度同样可实现第一过渡阱层1051a中铟含量低于第二过渡阱层1052a中铟含量。
实验发现当第一过渡阱层1051a阱宽大于第二过渡阱层1052a阱宽时，可以起到更佳的对小电流下电压的调节效果，如图7所示。第一过渡阱层1051a厚度大于第二过渡阱层1052a厚度可实现第一过渡阱层1051a阱宽大于第二过渡阱层1052a阱宽，可以通过生长时间、五三比(五族源流量和三族源流量之比，即氨气和镓源流量比)对厚度进行调节。
现有技术中，有源层106包括多层阱层106a和多层垒层106b，各阱层106a中铟含量相同(如图4、图6、图7中右侧有源层106能带图)，请参考图8，实验证明，将有源层106拆分为第一有源层1061，第二有源层1062，第一有源层1061分别包括多个第一阱层1061a和多个第一垒层1061b,第二有源层1062分别包括多个第二阱层1062a和多个第二垒层1062b,第一阱层1061a中铟含量低于第二阱层1062a铟含量，可起到对小电流下的电压的二次调节，辅助过渡层105中进行的首次调节，使得调试结果更加精准，形成的能带图如图9、10所示。
可选的，第一有源层1061中包括2-4个第一阱层1061a和2-4个第一垒层1061b，第二有源层1062中包括2-6个第二阱层1062a和2-6个第二垒层1062b。
本发明还提供了与上述对应的发光二极管的制备方法，参见图11，该制备方法包括：
步骤201：提供衬底。
本实施例中，所述衬底的材料为蓝宝石。在其他实施例中，所述衬底的材料还可以为氮化镓、硅、氧化锌或碳化硅。
本实施例中，优选对衬底进行预处理，使衬底进行择优取向，同时去除残存在衬底表面上的颗粒等杂物，得到结晶质量更好的发光二极管，所述预处理步骤是在高温条件下氢气和氮气混合气氛中对衬底进行预处理，优选在900℃～1200℃高温下处理5～10分钟。
步骤202：在所述衬底上形成缓冲层。
所述缓冲层用于改善后续形成的u-GaN与所述衬底之间的晶格失配。
本实施例中，所述缓冲层的材料为氮化镓。在其他实施例中，所述缓冲层的材料还可以为砷化镓或磷化镓。
本实施例中，形成所述缓冲层的工艺包括：金属有机化学气相沉积工艺。
本实施例中，形成所述缓冲层的反应气体包括：镓源气体和氮源气体。所述镓源气体包括三甲基镓(TMGa)和三乙基镓(TEGa)中的一种或两种组合，所述氮源气体包括氨气(NH3)；载气包括氮气(N2)和氢气(H2)中的一种或两种组合。
如果形成所述缓冲层的温度过低，容易使形成的缓冲层晶格质量较差；如果形成所述缓冲层的温度过高，容易增加所述衬底与所述u-GaN之间的失配度，从而在所述缓冲层中产生较大的应力。具体的，本实施例中，形成所述缓冲层的工艺参数包括：反应温度为400℃～700℃。
如果所述缓冲层的厚度过小，不容易改善后续形成的缓冲层的晶格质量；如果所述缓冲层的厚度过大，容易产生材料浪费。具体的，本实施例中，所述缓冲层的厚度为1nm～50nm。
步骤203：在所述缓冲层上形成u-GaN。
本实施例中，所述u-GaN为未掺杂GaN。
本实施例中，形成所述u-GaN的工艺包括：金属有机化合物气相沉积工艺。
本实施例中，形成所述u-GaN的反应气体包括：镓源气体和氮源气体。所述镓源气体包括三甲基镓(TMGa)和三乙基镓(TEGa)中的一种或两种组合，所述氮源气体包括氨气(NH3)；载气包括氮气(N2)和氢气(H2)中的一种或两种组合。
本实施例中，如果形成所述u-GaN的温度过低，容易使形成的u-GaN结晶质量较差；如果形成所述u-GaN的温度过高，容易造成表面缺陷。具体的，形成所述u-GaN的工艺参数包括：反应温度为800℃～1200℃。
本实施例中，如果所述u-GaN的厚度过小，不容易将衬底上的图形覆盖；如果所述u-GaN的厚度过大，容易产生较大的翘曲和材料浪费以及生产成本。具体的，所述u-GaN的厚度为0.5μm～8μm。
步骤204：在所述u-GaN上形成n-GaN。
本实施例中，所述n-GaN用于形成发光二极管的负极。
具体的，所述n-GaN为含有n型离子的GaN。
本实施例中，所述n型离子为硅离子。所述n-GaN中的硅离子的掺杂浓度为1E17atoms/cm3～3E19atoms/cm3。
本实施例中，形成所述n-GaN的工艺包括：金属有机化学气相沉积工艺。
本实施例中，形成所述n-GaN的反应气体包括：镓源气体、氮源气体和硅源气体，所述镓源气体包括三甲基镓(TMGa)和三乙基镓(TEGa)中的一种或两种组合，所述氮源气体包括氨气(NH3)，所述硅源气体包括硅烷(SiH4)；载气包括氮气(N2)和氢气(H2)中的一种或两种组合。
如果形成所述n-GaN的温度过低，容易使形成的n-GaN晶格质量较差；如果形成所述n-GaN的温度过高，容易造成表面缺陷。具体的，本实施例中，形成所述n-GaN反应温度为800℃～1200℃。
本实施例中，所述n-GaN的厚度为0.5μm～8μm。
步骤205：在所述n-GaN上形成过渡层。
本实施例中，所述过渡层包括第一过渡层，第二过渡层；第一过渡层包括第一过渡阱层和第一过渡垒层，第二过渡层包括第二过渡阱层和第二过渡垒层，第一过渡阱层中铟含量低于第二过渡阱层中铟含量。
所述第一过渡阱层、第一过渡垒层、第二过渡阱层、第二过渡垒层依次在垂直于所述n-GaN表面的方向上设置。
通过将过渡层形成不同的能带图谱，当发光二极管在较高工作电流下工作时，由于电子具有足够的激发能，第一过渡层，第二过渡层不会影响到正常的工作电压，当发光二极管在一个低的工作电流下工作时，由于电子获得的激发能有限，电子在跃迁第一过渡层，第二过渡层时，第一过渡阱层中对部分低能电子产生阻挡作用，从而使低电流下对应的工作电压升高，满足技术要求。
本实施例中，形成所述第一过渡层，第二过渡层的工艺包括：金属有机化学气相沉积工艺。
本实施例中，形成所述第一过渡层，第二过渡层的反应气体包括：镓源气体、氮源气体和铟源气体，所述镓源气体包括三甲基镓(TMGa)和三乙基镓(TEGa)中的一种或两种组合，所述氮源气体包括氨气(NH3)，所述铟源气体包括三甲基镓(TMIn)；载气包括氮气(N2)和氢气(H2)中的一种或两种组合。
本实施例中，通过金属有机化学气相沉积工艺形成所述第一过渡层，第二过渡层时，在镓源流量、氨气流量、生长温度相等的情况下，通入第一过渡阱层中铟流量小于第二过渡阱层中铟流量便可实现第一过渡阱层中铟含量低于第二过渡阱层中铟含量，作为优选，第一过渡阱层中铟流量小于第二过渡阱层中铟流量150～400sccm；或者在镓源流量、氨气流量、铟源流量相等的情况下，当第一过渡阱层生长温度高于第二过渡阱层生长温度同样可实现第一过渡阱层中铟含量低于第二过渡阱层中铟含量，作为优选，第一过渡阱层生长温度高于第二过渡阱层生长温度15～40℃。
可选的，第一过渡阱层的阱宽大于第二过渡阱层的阱宽时，可以起到更佳的对小电流下电压的调节效果。第一过渡阱层厚度大于第二过渡阱层厚度可实现第一过渡阱层阱宽大于第二过渡阱层阱宽，可以通过生长时间、五三比(五族源流量和三族源流量之比，即氨气和三甲基镓流量比)对厚度进行调节。
可选的，第一过渡垒层、第二过渡垒层分别掺杂硅，通过在第一过渡垒层、第二过渡垒层分别掺杂硅对不同电流下的电压进行整体进行降低，优选的，第一过渡垒层中硅掺杂浓度高于第二过渡垒层中硅掺杂浓度，以形成电子浓度梯度，提高发光效率。
步骤206：在所述过渡层上形成有源层。
本实施例中，所述有源层包括多层阱层和多层垒层，所述阱层在垂直于所述过渡层表面的方向上层叠设置，相邻阱层之间具有所述垒层。
本实施例中，所述阱层的材料为InGaN，所述垒层的材料为GaN。
本实施例中，所述阱层的层数与所述垒层的层数分别为4层～10层。
本实施例中，形成所述阱层与所述垒层的工艺包括：金属有机化学气相沉积工艺。
本实施例中，形成所述阱层的反应气体包括：镓源气体、氮源气体和铟源气体，所述镓源气体包括三甲基镓(TMGa)和三乙基镓(TEGa)中的一种或两种组合，所述铟源气体包括三甲基铟(TMIn)，所述氮源气体包括氨气(NH3)；载气包括氮气(N2)和氢气(H2)中的一种或两种组合。
本实施例中，形成所述阱层的工艺参数包括：反应温度为600℃～900℃。
如果所述阱层的厚度过大，容易增加量子阱结构中量子阱的宽度，从而减小对量子阱中电子的束缚作用，容易增加电子的逃逸，降低所形成发光二极管的发光效率；如果所述阱层的厚度过小，容易增加工艺难度。具体的，本实施例中，所述阱层的厚度为0.5nm～5nm。
本实施例中，所述阱层中铟的含量为15％～50％。
本实施例中，形成所述垒层的反应气体包括：镓源气体和氮源气体，所述镓源气体包括三甲基镓(TMGa)和三乙基镓(TEGa)中的一种或两种组合，所述氮源气体包括氨气(NH3)；载气包括氮气(N2)和氢气(H2)中的一种或两种组合。
如果所述垒层的厚度过小，容易使阱层的能带发生耦合，从而增加电子的逃逸，降低发光效率；如果所述垒层的厚度过大容易增加量子阱结构的导电性，影响所形成发光二极管的性能。具体的，本实施例中，所述垒层的厚度为0.5nm～5nm。
本实施例中，形成所述垒层的工艺参数包括：反应温度为600℃～900℃。
作为另一实施例，所述有源层分为第一有源层，第二有源层，所述第一有源层分别包括多个第一阱层和多个第一垒层,第二有源层分别包括多个第二阱层和多个第二垒层,第一阱层中铟含量低于第二阱层铟含量，从而对小电流下的电压的二次调节，辅助过渡层中进行的首次调节，使得调试结果更加精准，形成的能带图如图7、8所示。
可选的，第一有源层中包括2-4个第一阱层和2-4个第一垒层，第二有源层中包括2-6个第二阱层和2-6个第二垒层。
步骤207：在所述有源层上形成p-GaN。
本实施例中，所述p-GaN用做所形成发光二极管的正极。
具体的，所述p-GaN为含有p型离子的GaN。
本实施例中，所述p型离子为镁离子。所述p-GaN中的镁的掺杂浓度为1E18atoms/cm3～2E20atoms/cm3。
本实施例中，形成所述p-GaN的工艺包括：金属有机化学气相沉积工艺。
本实施例中，形成所述p-GaN的反应气体包括：镓源气体、氮源气体和镁源气体，所述镓源气体包括三甲基镓(TMGa)和三乙基镓(TEGa)中的一种或两种组合，所述氮源气体包括氨气(NH3)，所述镁源气体包括二茂镁(Cp2Mg)；载气包括氮气(N2)和氢气(H2)中的一种或两种组合。
本实施例中，形成所述p-GaN的工艺参数包括：反应温度为800℃～1100℃。
本实施例中，所述p-GaN的厚度为30nm～50nm。
综上，本发明将过渡层设置为第一过渡层，第二过渡层；第一过渡层包括第一过渡阱层和第一过渡垒层，第二过渡层包括第二过渡阱层和第二过渡垒层，第一过渡阱层中铟含量低于第二过渡阱层中铟含量，从而在过渡层形成不同的能带图谱，当发光二极管在较高工作电流下工作时，由于电子具有足够的激发能，将过渡层设置为第一过渡层，第二过渡层不会影响到正常的工作电压，当发光二极管在一个低的工作电流下工作时，由于电子获得的激发能有限，将过渡层设置为第一过渡层，第二过渡层后，第一过渡阱层中对部分低能电子产生阻挡作用，从而使低电流下对应的工作电压升高，满足技术规格要求。
本发明还提供一种背光显示屏用发光二极管，包括：
衬底；
位于所述衬底上的缓冲层；
位于所述缓冲层上的u-GaN；
位于所述u-GaN上的n-GaN；
位于所述n-GaN上的过渡层；
位于所述过渡层上的有源层；
位于所述有源层上的p-GaN；
所述缓冲层为低温氮化镓层；所述u-GaN为未掺杂氮化镓层；所述n-GaN为n型掺杂氮化镓层；所述过渡层包括第一过渡层，第二过渡层；所述第一过渡层包括第一过渡阱层和第一过渡垒层，所述第二过渡层包括第二过渡阱层和第二过渡垒层，第一过渡阱层中铟含量低于第二过渡阱层中铟含量，所述第一过渡阱层、第一过渡垒层、第二过渡阱层、第二过渡垒层依次在垂直于所述n-GaN表面的方向上设置；所述有源层包括多层阱层和多层垒层，所述阱层在垂直于所述过渡层表面的方向上层叠设置，相邻阱层之间具有所述垒层，所述p-GaN为p型掺杂氮化镓层。
作为另一实施例，所述有源层分为第一有源层，第二有源层，所述第一有源层分别包括多个第一阱层和多个第一垒层,所述第二有源层分别包括多个第二阱层和多个第二垒层,所述第一阱层中铟含量低于所述第二阱层铟含量。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种背光显示屏用发光二极管制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成u-GaN；
在所述u-GaN上形成n-GaN；
在所述n-GaN上形成过渡层；
在所述过渡层上形成有源层；
在所述有源层上形成p-GaN；
所述缓冲层为低温氮化镓层；所述u-GaN为未掺杂氮化镓层；所述n-GaN为n型掺杂氮化镓层；所述过渡层包括第一过渡层，第二过渡层；所述第一过渡层包括第一过渡阱层和第一过渡垒层，所述第二过渡层包括第二过渡阱层和第二过渡垒层，第一过渡阱层中铟含量低于第二过渡阱层中铟含量，所述第一过渡阱层、第一过渡垒层、第二过渡阱层、第二过渡垒层依次在垂直于所述n-GaN表面的方向上设置；所述有源层包括多层阱层和多层垒层，所述阱层在垂直于所述过渡层表面的方向上层叠设置，相邻阱层之间具有所述垒层，所述p-GaN为p型掺杂氮化镓层。
2.如权利要求1所述的背光显示屏用发光二极管制备方法，其特征在于，制备所述第一过渡阱层、第二过渡阱层时镓源流量、氨气流量、生长温度均相等，通入第一过渡阱层中铟流量小于第二过渡阱层中铟流量。
3.如权利要求1所述的背光显示屏用发光二极管制备方法，其特征在于，制备所述第一过渡阱层、第二过渡阱层时镓源流量、氨气流量、铟源流量均相等，第一过渡阱层生长温度高于第二过渡阱层生长温度。
4.如权利要求1所述的背光显示屏用发光二极管制备方法，其特征在于，所述第一过渡阱层的阱宽大于第二过渡阱层的阱宽。
5.如权利要求1所述的背光显示屏用发光二极管制备方法，其特征在于，所述第一过渡垒层、第二过渡垒层分别掺杂硅。
6.如权利要求5所述的背光显示屏用发光二极管制备方法，其特征在于，所述第一过渡垒层中硅掺杂浓度高于第二过渡垒层中硅掺杂浓度。
7.如权利要求1或4所述的背光显示屏用发光二极管制备方法，其特征在于，所述有源层分为第一有源层，第二有源层，所述第一有源层分别包括多个第一阱层和多个第一垒层,所述第二有源层分别包括多个第二阱层和多个第二垒层,所述第一阱层中铟含量低于所述第二阱层铟含量。
8.如权利要求7所述的背光显示屏用发光二极管制备方法，其特征在于，所述第一有源层中包括2-4个第一阱层和2-4个第一垒层，第二有源层中包括2-6个第二阱层和2-6个第二垒层。
9.一种背光显示屏用发光二极管，其特征在于，包括：
衬底；
位于所述衬底上的缓冲层；
位于所述缓冲层上的u-GaN；
位于所述u-GaN上的n-GaN；
位于所述n-GaN上的过渡层；
位于所述过渡层上的有源层；
位于所述有源层上的p-GaN；
所述缓冲层为低温氮化镓层；所述u-GaN为未掺杂氮化镓层；所述n-GaN为n型掺杂氮化镓层；所述过渡层包括第一过渡层，第二过渡层；所述第一过渡层包括第一过渡阱层和第一过渡垒层，所述第二过渡层包括第二过渡阱层和第二过渡垒层，第一过渡阱层中铟含量低于第二过渡阱层中铟含量，所述第一过渡阱层、第一过渡垒层、第二过渡阱层、第二过渡垒层依次在垂直于所述n-GaN表面的方向上设置；所述有源层包括多层阱层和多层垒层，所述阱层在垂直于所述过渡层表面的方向上层叠设置，相邻阱层之间具有所述垒层，所述p-GaN为p型掺杂氮化镓层。
10.如权利要求9所述的背光显示屏用发光二极管，其特征在于，所述有源层分为第一有源层，第二有源层，所述第一有源层分别包括多个第一阱层和多个第一垒层,所述第二有源层分别包括多个第二阱层和多个第二垒层,所述第一阱层中铟含量低于所述第二阱层铟含量。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109950372A (zh) * | 2019-02-15 | 2019-06-28 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片及其制造方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101582478A (zh) * | 2009-05-21 | 2009-11-18 | 上海蓝光科技有限公司 | 用于光电器件的多量子阱结构及其制造方法 |
| CN103346223A (zh) * | 2013-06-06 | 2013-10-09 | 华灿光电股份有限公司 | 一种发光二极管的外延片 |
| CN204257685U (zh) * | 2014-12-24 | 2015-04-08 | 冠铨（山东）光电科技有限公司 | 一种生长在蓝宝石衬底上的InGaN/GaN多量子阱结构 |
| CN105098004A (zh) * | 2015-07-07 | 2015-11-25 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片的生长方法及外延片 |
| CN106356433A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-01-25 | 华南理工大学 | 具有组分和厚度渐变应力释放层的发光二极管结构及其制备方法 |
| CN106816501A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-06-09 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制作方法 |
-
2017
- 2017-11-16 CN CN201711140086.8A patent/CN107919422A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101582478A (zh) * | 2009-05-21 | 2009-11-18 | 上海蓝光科技有限公司 | 用于光电器件的多量子阱结构及其制造方法 |
| CN103346223A (zh) * | 2013-06-06 | 2013-10-09 | 华灿光电股份有限公司 | 一种发光二极管的外延片 |
| CN204257685U (zh) * | 2014-12-24 | 2015-04-08 | 冠铨（山东）光电科技有限公司 | 一种生长在蓝宝石衬底上的InGaN/GaN多量子阱结构 |
| CN105098004A (zh) * | 2015-07-07 | 2015-11-25 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片的生长方法及外延片 |
| CN106356433A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-01-25 | 华南理工大学 | 具有组分和厚度渐变应力释放层的发光二极管结构及其制备方法 |
| CN106816501A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-06-09 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制作方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109950372A (zh) * | 2019-02-15 | 2019-06-28 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片及其制造方法 |
| CN109950372B (zh) * | 2019-02-15 | 2020-08-14 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片及其制造方法 |
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