CN109065687A - 一种稳压led外延结构及其制作方法、led芯片和led灯管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稳压LED外延结构，包括衬底，设于衬底上的U型GaN层，设于U型GaN层上的N型GaN层，设于N型GaN层上的第一P型GaN层，设于第一P型GaN层上的有源层，设于有源层上的第二P型GaN层。本发明在N型GaN层和有源层之间设置一个第一P型GaN层，对LED芯片起到稳压的作用，提高了LED芯片寿命和稳定性，所述第一P型GaN层代替了设置在LED芯片外部的齐纳二极管，LED灯管不需要外接齐纳二极管或直流电源的稳压器，从而节省了成本。相应地，本发明还公开了一种稳压LED外延结构的制作方法，以及包含稳压LED外延结构的LED芯片和LED灯管。采用本发明，LED灯管成本低，寿命长，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种稳压LED外延结构及其制作方法、LED芯片和LED灯管。
背景技术
日光灯管俗称光管。传统的日光灯管为荧光灯，灯管两端各有一灯丝，灯管内充有氩气和汞蒸气，灯管内壁上涂有荧光粉，两个灯丝之间的气体在导电时发出紫外线，使荧光粉发出可见光。
传统的日光灯管中含有一定量的汞蒸气，灯管破碎，其内的汞蒸气则会挥发到大气中，造成污染。
现有的LED灯管不需要水银，且不含有铅等有害物质，外壳还可以回收使用，对环境没有破坏作用，因此LED灯管被公认为二十一世纪的绿色照明。
但是，LED灯管电力系统存在突波不良的问题，严重影响了LED灯管的寿命。如图1所示，现有的LED灯管在外加一个其那管(zenor)或一个直流电源的稳压器，使LED灯管实现稳压。这不仅增加成本，还增加了的LED灯管的体积。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种稳压LED外延结构，加入一个PN键结，使其代替外加稳压电容，提高LED芯片的寿命和可靠性。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种稳压LED外延结构的制作方法，操作简单。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种LED芯片，寿命长，可靠性高。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种LED灯管，成本低，寿命长，可靠性高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种稳压LED外延结构，包括：衬底，设于衬底上的U型GaN层，设于U型GaN层上的N型GaN层，设于N型GaN层上的第一P型GaN层，设于第一P型GaN层上的有源层，设于有源层上的第二P型GaN层。
作为上述方案的改进，所述第一P型GaN层包括至少一个PN键结。
作为上述方案的改进，所述第一P型GaN层的厚度为1-100nm。
相应地，本发明还提供了一种稳压LED外延结构的制作方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成U型GaN层；
在所述U型GaN层上形成N型GaN层；
在所述N型GaN层上形成第一P型GaN层；
在所述第一P型GaN层上形成有源层；
在所述有源层上形成第二P型GaN层。
作为上述方案的改进，述第一P型GaN层包括至少一个PN键结。
作为上述方案的改进，所述第一P型GaN层的掺杂浓度不高于1017cm-3。
作为上述方案的改进，所述第一P型GaN层的形成压力不高于200mtorr，形成温度不高于700℃。
作为上述方案的改进，在所述第一P型GaN层的形成过程中通入掺杂气体，所述掺杂气体包括CH4和/或Mg(C5H5)2。
相应地，本发明还提供了一种LED芯片，包括上述的稳压LED外延结构。
相应地，本发明还提供了一种LED灯管，包括上述的LED芯片。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种稳压LED外延结构，包括衬底，设于衬底上的U型GaN层，设于U型GaN层上的N型GaN层，设于N型GaN层上的第一P型GaN层，设于第一P型GaN层上的有源层，设于有源层上的第二P型GaN层。本发明在N型GaN层和有源层之间设置一个第一P型GaN层，对LED芯片起到稳压的作用，提高了LED芯片寿命和稳定性，所述第一P型GaN层代替了设置在LED芯片外部的齐纳二极管，LED灯管不需要外接齐纳二极管或直流电源的稳压器，从而节省了成本。
2、所述第一P型GaN层包括至少一个PN键结。本发明在LED外延结构中加入至少一个PN键结，所述PN键结与外加稳压电容效果相同，可以防止突波增加时对LED芯片产生损伤，进而延长LED灯管的寿命，增加其可靠性，无需额外加一个齐纳二极管或者一个直流电源的稳压器。
附图说明
图1是现有LED灯管的电路示意图；
图2是本发明稳压LED外延结构的结构示意图；
图3是本发明LED灯管的电路示意图；
图4是本发明另一实施例LED灯管的电路示意图；
图5是本发明稳压LED外延结构的制作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图2，本发明提供的一种稳压LED外延结构，包括：衬底10，设于衬底1上的U型GaN层20，设于U型GaN层20上的N型GaN层30，设于N型GaN层30上的第一P型GaN层40，设于第一P型GaN层40上的有源层50，设于有源层50上的第二P型GaN层60。
参见图3和图4，本发明在N型GaN层30和有源层50之间设置一个第一P型GaN层40，对LED芯片起到稳压的作用，提高了LED芯片寿命和稳定性，所述第一P型GaN层代替了设置在LED芯片外部的齐纳二极管，LED灯管不需要外接齐纳二极管或直流电源的稳压器，从而节省了成本。
所述第一P型GaN层40包括至少一个PN键结。本发明在LED外延结构中加入至少一个PN键结，所述PN键结与外加稳压电容效果相同，可以防止突波增加时对LED芯片产生损伤，进而延长LED灯管的寿命，增加其可靠性，无需额外加一个齐纳二极管或者一个直流电源的稳压器。优选的，所述第一P型GaN层包括两个PN键结。
所述第一P型GaN层40的厚度对LED芯片的稳压效果起着重要的作用，具体的，所述第一P型GaN层的厚度为1-100nm。第一P型GaN层的厚度小于1nm，其厚度太薄，影响电流传导，稳压效果差；第一P型GaN层的厚度大于100nm，其厚度太厚，降低外延层的出光效果。优选的，所述第一P型GaN层的厚度为10-80nm。
需要说明的是，U型GaN层用于缓解晶格失配带来的应力，N型GaN层用于提供电子注入，第二P型GaN层用于提供空穴注入，N型GaN层和第二P型GaN层的共同作用激发有源层发光。其中，有源层采用InGaN基多量子阱结构，该InGaN基多量子阱结构中至少一个量子阱层中含有富In的InGaN量子点。InGaN基量子阱层中的富In的InGaN量子点对载流子起到三维限制作用，使更多的载流子在发生辐射复合之前更难迁移到由于缺陷等引起的非辐射中心，削弱了极化效应导致的能带倾斜引起的空穴和电子在空间上的分离，从而大大提高了InGaN基多量子阱结构中载流子的辐射复合几率、增加InGaN基多量子阱结构发光的内量子效率。其次，衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中的衬底优选为蓝宝石衬底。
图5是本发明稳压LED外延结构的制作流程图，本发明提供的一种稳压LED外延结构的制作方法，包括：
S101、提供一衬底。
所述衬底的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中的衬底优选为蓝宝石衬底。
S102、在所述衬底上形成U型GaN层。
U型GaN层用于缓解晶格失配带来的应力。
S103、在所述U型GaN层上形成N型GaN层。
N型GaN层用于提供电子注入，可以在该N型GaN层中掺杂一定量的Si。
S104、在所述N型GaN层上形成第一P型GaN层。
第一P型GaN层用于稳定电压，与外加稳压电容具有相同的作用效果,防止突波增加时对LED芯片产生损伤，进而延长LED灯管的寿命。
具体的，所述第一P型GaN层包括至少一个PN键结，所述PN键结与外加稳压电容效果相同，可以防止突波增加时对LED芯片产生损伤，进而保护LED灯管的寿命，增加其可靠性，无需额外加一个齐纳二极管或者一个直流电源的稳压器。优选的，所述第一P型GaN层包括两个PN键结。
所述第一P型GaN层的厚度对LED芯片的稳压效果起着重要的作用，具体的，所述第一P型GaN层的厚度为1-100nm。第一P型GaN层的厚度小于1nm，其厚度太薄，影响电流传导，稳压效果差；第一P型GaN层的厚度大于100nm，其厚度太厚，降低外延层的出光效果。优选的，所述第一P型GaN层的厚度为10-80nm。
需要说明的是，为了使第一P型GaN层在LED芯片的内部结构起稳压作用，代替设置在LED芯片外部的齐纳二极管或直流电源的稳压器，所述第一P型GaN层的形成条件具有重要的作用。其中，所述第一P型GaN层的形成压力不高于200mtorr，形成温度不高于700℃。当形成压力高于200mtorr时，形成过程中反应产物容易残留在反应腔体内，增加腔体内杂质的含量，影响外延结构的质量。当形成温度高于700℃时，不利于第一P型GaN层的形成，影响第一P型GaN层的质量。
为了提高第一P型GaN层的质量，提高稳压效果，在所述第一P型GaN层的形成过程中通入掺杂气体，所述掺杂气体包括CH4和/或Mg(C5H5)2。此外，所述第一P型GaN层的掺杂浓度不高于1017cm-3。当第一P型GaN层的掺杂浓度高于1017cm-3时，会影响第一P型GaN层的光电性能，降低外延结构的发光效率。优选的，第一P型GaN层的掺杂物为Mg。
S105、在所述第一P型GaN层上形成有源层；
有源层采用InGaN基多量子阱结构，该InGaN基多量子阱结构中至少一个量子阱层中可以含有富In的InGaN量子点。InGaN基量子阱层中的富In的InGaN量子点对载流子起到三维限制作用，使更多的载流子在发生辐射复合之前更难迁移到由于缺陷等引起的非辐射中心，削弱了极化效应导致的能带倾斜引起的空穴和电子在空间上的分离，从而大大提高了InGaN基多量子阱结构中载流子的辐射复合几率、增加InGaN基多量子阱结构发光的内量子效率。
为了提高有源层的出光效率，在有源层的形成过程中掺杂Si。在有源层中掺杂Si，能够激发更多的载流子，从而提高InGaN基多量子阱结构中载流子的辐射复合几率、增加InGaN基多量子阱结构发光的内量子效率。
为进一步提高有源层的出光效率，有源层的形成温度不低于800℃。当形成温度低于800℃，不利于铟的掺杂，增加位错，影响有源层的生长质量。
S106、在所述有源层上形成第二P型GaN层。
第二P型GaN层用于提供空穴注入。
相应地，本发明还提供了一种LED芯片，包括上述稳压LED外延结构。此外，本发明还提供了一种LED灯管，包括上述的LED芯片。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种稳压LED外延结构，其特征在于，包括：衬底，设于衬底上的U型GaN层，设于U型GaN层上的N型GaN层，设于N型GaN层上的第一P型GaN层，设于第一P型GaN层上的有源层，设于有源层上的第二P型GaN层。
2.如权利要求1所述的稳压LED外延结构，其特征在于，所述第一P型GaN层包括至少一个PN键结。
3.如权利要求1所述的稳压LED外延结构，其特征在于，所述第一P型GaN层的厚度为1-100nm。
4.一种稳压LED外延结构的制作方法，其特征在于，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成U型GaN层；
在所述U型GaN层上形成N型GaN层；
在所述N型GaN层上形成第一P型GaN层；
在所述第一P型GaN层上形成有源层；
在所述有源层上形成第二P型GaN层。
5.如权利要求4所述的稳压LED外延结构的制作方法，其特征在于，述第一P型GaN层包括至少一个PN键结。
6.如权利要求4所述的稳压LED外延结构的制作方法，其特征在于，所述第一P型GaN层的掺杂浓度不高于1017cm-3。
7.如权利要求6所述的稳压LED外延结构的制作方法，其特征在于，所述第一P型GaN层的形成压力不高于200mtorr，形成温度不高于700℃。
8.如权利要求6所述的稳压LED外延结构的制作方法，其特征在于，在所述第一P型GaN层的形成过程中通入掺杂气体，所述掺杂气体包括CH4和/或Mg(C5H5)2。
9.一种LED芯片，其特征在于，包括如权利要求1-3所述的稳压LED外延结构。
10.一种LED灯管，其特征在于，包括如权利要求9所述的LED芯片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181221 |