CN113451463A - Led外延结构、其制作方法、发光器件和显示面板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED外延结构、其制作方法、发光器件和显示面板，该LED外延结构，从下至上包括依次设置的衬底、N型限制层、有源层和P型限制层，其中，有源层包括交替设置的量子阱层和量子垒层，部分量子垒层为第一量子垒层，部分量子垒层为第二量子垒层，第二量子垒层位于两个第一量子垒层之间，且任一第二量子垒层的厚度大于任一第一量子垒层的厚度。该LED外延结构较好地缓解了现有的LED的发光效率不高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及显示领域，尤其涉及一种LED外延结构、其制作方法、发光器件和显示面板。
背景技术
随着MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)技术的成熟，在GaAs衬底上可以制备高质量的晶格匹配的AlGaInP量子阱外延层，AlGaInP材料具有直接跃迁的特性，复合发光效率高。禁带宽度可以随着Al组分的变化调节实现LED(Light Emitting Diode，发光二极管)从红光到蓝绿光560nm～650nm超宽波长范围内的高亮度发光。
目前主要影响LED发光效率的是光提取效率和光转换效率，如GaAs衬底材料对光的吸收和全反射临界角损失等。
因此，如何提高LED的发光效率是亟需解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种LED外延结构、其制作方法、发光器件和显示面板，旨在解决现有技术中LED的发光效率不高的问题。
一种LED外延结构，从下至上包括依次设置的衬底、N型限制层、有源层和P型限制层；其中，所述有源层包括交替设置的量子阱层和量子垒层，部分所述量子垒层为第一量子垒层，部分所述量子垒层为第二量子垒层，所述第二量子垒层位于两个所述第一量子垒层之间，且任一所述第二量子垒层的厚度大于任一所述第一量子垒层的厚度。
上述的LED外延结构，包括从下至上依次设置的衬底、N型限制层、有源层和P型限制层，所述有源层包括交替设置的量子阱层和量子垒层，所述第二量子垒层位于两个所述第一量子垒层之间，所述第二量子垒层的厚度大于所述第一量子垒层的厚度。与现有技术相比，本申请的所述LED外延结构中的有源层包括多个交替的量子阱层和量子垒层组成的量子阱对，在载流子扩散长度范围内保证了量子阱的对数较多，且在两个所述第一量子垒层之间设置所述第二量子垒层，可以较好地起到对载流子的阻挡效果，从而提高LED的光转换效率，进而提高LED的发光效率，亦较好地缓解现有的LED的发光效率不高的问题。
可选地，相邻的一个所述量子阱层和一个所述量子垒层形成一个阱垒周期，所述有源层包括M个所述阱垒周期，所述第二量子垒层位于第M/3个所述阱垒周期到第2M/3个所述阱垒周期之间，其中，M为大于等于15的正整数。所述第二量子垒层位于第M/3个所述阱垒周期到第2M/3个所述阱垒周期之间，这样进一步地保证了第二量子垒层对载流子的阻挡效果较好，进一步地保证了LED的亮度较高。
可选地，所述LED外延结构还包括间隔层，所述间隔层设于所述N型限制层与所述有源层之间和/或设于所述有源层与所述P型限制层之间。也就是说，所述间隔层设于所述N型限制层与所述有源层之间；或者，所述间隔层设于所述有源层与所述P型限制层之间；或者，有两个所述间隔层，一个设于所述N型限制层与所述有源层之间，另一个设于所述有源层与所述P型限制层之间。所述间隔层可以起到光波导和温度过渡的作用，保护所述量子阱层和所述量子垒层。
可选地，所述LED外延结构还包括分布式布拉格反射复合结构，所述分布式布拉格反射复合结构包括周期性交叠设置的第一反射率层和第二反射率层，其中，所述第一反射率层的反射率小于所述第二反射率层的反射率。这样可增大分布式布拉格反射复合结构对有源层光线的反射率，减少大倾角入射光线的临界损失，以达到提高外延结构的光提取效率的目的。
可选地，所述分布式布拉格反射复合结构按其生长方向包括至少一级复合子结构；其中，每级所述复合子结构包括若干对周期性交叠生长的第一反射率层和第二反射率层。这样进一步地保证了分布式布拉格反射复合结构对有源层光线的反射率较大，进一步地保证了LED的发光效率较高。
可选地，所述分布式布拉格反射复合结构按其生长方向包括第一复合子结构、第二复合子结构和第三复合子结构，所述第一复合子结构、所述第二复合子结构和所述第三复合子结构的反射波长逐级递减。这样可以增大分布式布拉格反射复合结构对有源层光线的反射率，减少大倾角入射光线的临界损失，以达到提高外延结构的光提取效率的目的。
可选地，所述第一复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数小于所述第二复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数，所述第二复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数小于所述第三复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数。通过设置不同交叠周期数的所述第一复合子结构、所述第二复合子结构和所述第三复合子结构，可以增大分布式布拉格反射复合结构对有源层光线的反射率，减少大倾角入射光线的临界损失，以达到提高外延结构的光提取效率的目的。
可选地，所述量子阱层包括铝镓铟磷层，且铝原子的个数为所述量子阱层中的总原子个数的1.25～2.5％；所述量子垒层包括铝镓铟磷层，且铝原子的个数为所述量子垒层中的总原子个数的15％～17.5％。这样进一步地保证了对载流子的阻挡效果较好。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种LED外延结构的制作方法，包括：提供衬底；在所述衬底上设置N型限制层；在所述N型限制层的裸露表面上交替设置量子阱层和量子垒层，形成有源层；其中，部分所述量子垒层为第一量子垒层，部分所述量子垒层为第二量子垒层，所述第二量子垒层位于两个所述第一量子垒层之间，且任一所述第二量子垒层的厚度大于任一所述第一量子垒层的厚度；在所述有源层的裸露表面上设置P型限制层。
上述的LED外延结构的制作方法，首先提供衬底；然后在所述衬底上设置N型限制层；之后在所述N型限制层的裸露表面上交替设置量子阱层和量子垒层，形成有源层，所述有源层包括第一量子垒层和第二量子垒层，且所述第二量子垒层位于两个所述第一量子垒层之间；最后在所述有源层的裸露表面上设置P型限制层。与现有技术相比，本申请的所述制作方法，在有源层设置多个交替的量子阱层和量子垒层组成的量子阱对，在载流子扩散长度范围内保证了量子阱的对数较多，且在两个所述第一量子垒层之间设置所述第二量子垒层，可以较好地起到对载流子的阻挡效果，从而提高LED的光转换效率，进而提高LED的发光效率，亦较好地缓解现有的LED的发光效率不高的问题。
可选地，所述有源层的形成步骤，包括：于所述N型限制层上周期性生长所述量子阱层和所述第一量子垒层，形成N个阱垒周期，一个所述阱垒周期包括相邻的一个所述量子阱层和一个所述第一量子垒层，其中，N为小于M/3的整数，M为大于等于15的正整数；在N个所述阱垒周期上交替生长所述量子阱层和所述量子垒层，形成N个所述阱垒周期，其中，至少一个所述阱垒周期包括所述第二量子垒层；在2N个所述阱垒周期上交替生长所述量子阱层和所述第一量子垒层，形成(M-2N)个所述阱垒周期。这样可以较为简单地形成所述有源层，同时保证了所述第二量子垒层位于两个所述第一量子垒层之间，进一步地保证了第二量子垒层对载流子的阻挡效果较好，进一步地保证了LED的亮度较高。
可选地，在设置所述N型限制层之后，在设置所述有源层之前，所述制作方法还包括：降低生长所述N型限制层后的反应温度，并在该反应温度下生长第一间隔层；和/或在设置所述有源层之后，在设置所述P型限制层之前，所述制作方法还包括：在所述有源层上生长第二间隔层，提高生长所述第二间隔层后的反应温度，并在该反应温度下生长所述P型限制层。所述第一间隔层起到温度过渡和光波导的作用，保护所述量子阱层和所述量子垒层，所述第二间隔层起到温度过渡和光波导的作用，在保护所述量子阱层和所述量子垒层的同时，还起到防止P型掺杂剂扩散到所述量子阱层和所述量子垒层中的作用。
可选地，在设置所述N型限制层之前，所述制作方法还包括：在所述衬底上周期性生长第一反射率层和第二反射率层，形成分布式布拉格反射复合结构；其中，所述第一反射率层的反射率小于所述第二反射率层的反射率。可增大分布式布拉格反射复合结构对有源层光线的反射率，减少大倾角入射光线的临界损失，以达到提高外延结构的光提取效率的目的。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种发光器件，包括任一种所述LED外延结构或者任一种制作方法制作得到的所述LED外延结构。
上述的发光器件，包括任一种所述LED外延结构或者任一种制作方法制作得到的所述LED外延结构。与现有技术相比，本申请的所述发光器件，在有源层设置多个交替的量子阱层和量子垒层组成的量子阱对，在载流子扩散长度范围内保证了量子阱的对数较多，且在两个所述第一量子垒层之间设置所述第二量子垒层，可以较好地起到对载流子的阻挡效果，从而提高LED的光转换效率，进而提高LED的发光效率，亦较好地缓解现有的LED的发光效率不高的问题。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种显示面板，包括所述的发光器件。
上述的显示面板，包括所述的发光器件。与现有技术相比，本申请的所述显示面板，在有源层设置多个交替的量子阱层和量子垒层组成的量子阱对，在载流子扩散长度范围内保证了量子阱的对数较多，且在两个所述第一量子垒层之间设置所述第二量子垒层，可以较好地起到对载流子的阻挡效果，从而提高LED的光转换效率，进而提高LED的发光效率，同时保证LED的波长均匀性较好，亦较好地缓解现有的LED的发光效率不高的问题，保证了显示面板的显示效果较好。
附图说明
图1为根据本申请的实施例的LED外延结构的示意图；
图2为根据本申请的一种具体的实施例的LED外延结构的示意图；
图3为根据本申请的实施例的有源层的示意图；
图4为根据本申请的实施例的分布式布拉格反射复合结构的示意图；
图5为根据本申请的实施例的LED外延结构的制作方法生成的流程示意图。
附图标记说明：
10、衬底；20、缓冲层；30、N型限制层；40、有源层；50、P型限制层；60、过渡层；70、窗口层；80、第一间隔层；90、第二间隔层；100、分布式布拉格反射复合结构；101、第一反射率层；102、第二反射率层；103、第一复合子结构；104、第二复合子结构；105、第三复合子结构；400、量子阱层；401、第一量子垒层；402、第二量子垒层。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
现有技术中存在LED的发光效率不高的问题。
基于此，本申请希望提供一种LED外延结构、其制作方法、发光器件和显示面板，来解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
根据本申请的一种典型的实施例，提供了一种LED外延结构，如图1所示，上述LED外延结构从下至上包括依次设置的衬底10、N型限制层30、有源层40和P型限制层50，其中，如图3所示，上述有源层40包括交替设置的量子阱层400和量子垒层，部分上述量子垒层为第一量子垒层401，部分上述量子垒层为第二量子垒层402，上述第二量子垒层402位于两个上述第一量子垒层401之间，且任一上述第二量子垒层402的厚度大于任一上述第一量子垒层401的厚度。
上述的LED外延结构，包括从下至上依次设置的衬底、N型限制层、有源层和P型限制层，上述有源层包括交替设置的量子阱层和量子垒层，上述第二量子垒层位于两个上述第一量子垒层之间，上述第二量子垒层的厚度大于上述第一量子垒层的厚度。与现有技术相比，本申请的上述LED外延结构中的有源层包括多个交替的量子阱层和量子垒层组成的量子阱对，在载流子扩散长度范围内保证了量子阱的对数较多，且在两个上述第一量子垒层之间设置上述第二量子垒层，可以较好地起到对载流子的阻挡效果，从而提高LED的光转换效率，进而提高LED的发光效率，亦较好地缓解现有的LED的发光效率不高的问题。
一种具体的实施例中，上述第二量子垒层的材料与上述第一量子垒层的材料相同。
根据本申请的一种具体的实施例，相邻的一个上述量子阱层和一个上述量子垒层形成一个阱垒周期，上述有源层包括M个上述阱垒周期，上述第二量子垒层位于第M/3个上述阱垒周期到第2M/3个上述阱垒周期之间，其中，M为大于等于15的正整数。上述第二量子垒层位于第M/3个上述阱垒周期到第2M/3个上述阱垒周期之间，这样进一步地保证了第二量子垒层对载流子的阻挡效果较好，进一步地保证了LED的亮度较高。
需要说明的是，M的数量不能太大，M超过一定数量不仅不会对LED的发光效率做出贡献，还会成为吸光中心，降低LED的发光强度，一种具体的实施例中，M为20。
在实际的应用过程中，上述LED外延结构还包括间隔层，上述间隔层设于上述N型限制层与上述有源层之间和/或设于上述有源层与上述P型限制层之间。也就是说，上述间隔层设于上述N型限制层与上述有源层之间；或者，上述间隔层设于上述有源层与上述P型限制层之间；或者，有两个上述间隔层，一个设于上述N型限制层与上述有源层之间，另一个设于上述有源层与上述P型限制层之间。上述间隔层可以起到光波导和温度过渡的作用，保护上述量子阱层和上述量子垒层。
本申请的一种具体的实施例中，如图2所示，上述间隔层有两个，包括第一间隔层80和第二间隔层90，其中，上述第一间隔层80位于上述有源层40和上述N型限制层30之间，上述第一间隔层80的材料与上述量子垒层的材料相同；上述第二间隔层90位于上述有源层40和上述P型限制层50之间，上述第二间隔层90的材料与上述量子垒层的材料相同，上述第一间隔层80的生长温度和上述第二间隔层90的生长温度均与上述有源层的生长温度相同。上述第一间隔层起到光波导和温度过渡的作用，保护上述量子阱层和上述量子垒层，上述第二间隔层起到光波导和温度过渡的作用，在保护上述量子阱层和上述量子垒层的同时，还起到防止P型掺杂剂扩散到上述量子阱层和上述量子垒层中的作用。
为了进一步地保证LED的亮度较高，根据本申请的再一种具体的实施例，上述有源层的生长温度比上述N型限制层的生长温度低10℃～25℃。这样可以保证上述有源层的带隙较小，保证了上述N型限制层对载流子的限制作用较强，且相对上述N型限制层，上述有源层的晶格的变化可改善应力，进一步地保证了LED的亮度较高、波长均匀性较好。
一种具体的实施例中，上述有源层的生长温度比上述N型限制层的生长温度低10℃～20℃。
本申请的又一种具体的实施例中，上述第一间隔层的材料与上述量子垒层的材料相同，均为掺硅元素的铝镓铟磷，上述第二间隔层的材料与上述量子垒层的材料相同，上述第一间隔层的厚度在70nm～150nm之间，上述第二间隔层的厚度在30nm～80nm之间。
本申请的另一种具体的实施例中，如图2和图4所示，上述LED外延结构还包括分布式布拉格反射复合结构100，上述分布式布拉格反射复合结构100包括周期性交叠设置的第一反射率层101和第二反射率层102，其中，上述第一反射率层101的反射率小于上述第二反射率层102的反射率。这样可增大分布式布拉格反射复合结构对有源层光线的反射率，减少大倾角入射光线的临界损失，以达到提高外延结构的光提取效率的目的。
为了进一步地保证分布式布拉格反射复合结构对有源层光线的反射率较大，进一步地保证LED的发光效率较高，根据本申请的再一种具体的实施例，上述分布式布拉格反射复合结构按其生长方向包括至少一级复合子结构；其中，每级上述复合子结构包括若干对周期性交叠生长的第一反射率层和第二反射率层。
本申请的又一种具体的实施例中，如图4所示，上述分布式布拉格反射复合结构按其生长方向包括第一复合子结构103、第二复合子结构104和第三复合子结构105，上述第一复合子结构103、上述第二复合子结构104和上述第三复合子结构105的反射波长逐级递减。这样可增大分布式布拉格反射复合结构对有源层光线的反射率，减少大倾角入射光线的临界损失，以达到提高外延结构的光提取效率的目的。
一种具体的实施例中，上述第一复合子结构的反射波长为λ+100nm，上述第二复合子结构的反射波长为λ+50nm，第三复合子结构的反射波长为λ，其中，λ为上述有源层的发光波长。
在实际的应用过程中，上述第一复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数小于上述第二复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数，上述第二复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数小于上述第三复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数。通过设置不同交叠周期数的上述第一复合子结构、上述第二复合子结构和上述第三复合子结构，可增大分布式布拉格反射复合结构对有源层光线的反射率，减少大倾角入射光线的临界损失，以达到提高外延结构的光提取效率的目的。
一种具体的实施例中，上述第一复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数为7，上述第二复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数为8，第三复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数为15。当然，实际应用中，并不限于上述的具体数值，还可以为其他可行的具体数值。
根据本申请的再一种具体的实施例，上述第一反射率层的材料为掺硅元素的砷化铝，上述第二反射率层的材料为掺硅元素的铝镓砷。上述第二反射率层的材料中铝原子的个数为上述第二反射率层中的总原子个数的46％。
本申请的又一种具体的实施例中，上述量子阱层包括铝镓铟磷层，且铝原子的个数为上述量子阱层中的总原子个数的1.25％～2.5％，上述量子垒层包括铝镓铟磷层，且铝原子的个数为上述量子垒层中的总原子个数的15％～17.5％。这样进一步地保证了对载流子的阻挡效果较好，进而保证了LED的亮度较高。
本申请的另一种具体的实施例中，上述LED外延结构为红光LED外延结构，上述量子阱层的厚度在5nm～8nm之间，这样在保证对载流子的阻挡效果较好的同时，保证了LED外延结构的发光波长能达到预定的波长值；为了进一步保证上述第一量子垒层与上述量子阱层适配，同时进一步避免上述第一量子垒层由于太厚而吸光，从而降低LED的发光强度的问题，上述第一量子垒层的厚度在8nm～12nm之间；在有多个上述第二量子垒层时，所有的上述第二量子垒层的厚度之和在70nm～140nm之间，在仅有一个上述第二量子垒层时，上述第二量子层的厚度在70nm～140nm之间，这样保证了上述第二量子垒层对载流子的限制效果较好，同时进一步保证了LED外延结构比较平整，不会出现翘曲问题。
在实际的应用过程中，如图2所示，上述LED外延结构还包括缓冲层20、窗口层70和过渡层60，其中，上述缓冲层20位于上述衬底10和上述N型限制层30之间；上述窗口层70位于上述P型限制层50的远离上述有源层40的一侧；上述过渡层60位于上述P型限制层50和上述窗口层70之间。
在实际的应用过程中，上述衬底、上述缓冲层、上述N型限制层、上述P型限制层、上述过渡层和上述窗口层的材料可以为现有技术中的任意的材料，一种具体的实施例中，上述衬底的材料为砷化镓，上述缓冲层的材料为掺硅的砷化镓，上述N型限制层的材料为掺硅元素的磷化铝铟，上述P型限制层的材料为掺镁元素、锌元素或者碳元素的磷化铝铟，上述过渡层为掺镁元素、锌元素或者碳元素的铝镓铟磷，上述窗口层的材料为掺镁元素、锌元素或者碳元素的磷化镓。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种LED外延结构的制作方法，图5示出了根据本申请的实施例的LED外延结构的制作方法生成的流程示意图，如图5所示，上述制作方法包括以下步骤：
步骤S101，提供衬底10；
步骤S102，在上述衬底10上设置N型限制层30；
步骤S103，在上述N型限制层30的裸露表面上交替设置量子阱层400和量子垒层，形成有源层40；其中，部分上述量子垒层为第一量子垒层401，部分上述量子垒层为第二量子垒层402，上述第二量子垒层402位于两个上述第一量子垒层401之间，且任一上述第二量子垒层402的厚度大于任一上述第一量子垒层401的厚度；
步骤S104，在上述有源层40的裸露表面上设置P型限制层50。得到如图1所示的LED外延结构图和如图3所示的有源层的结构图。
上述的LED外延结构的制作方法，首先提供衬底；然后在上述衬底上设置N型限制层；之后在上述N型限制层的裸露表面上交替设置量子阱层和量子垒层，形成有源层，上述有源层包括第一量子垒层和第二量子垒层，且上述第二量子垒层位于两个上述第一量子垒层之间；最后在上述有源层的裸露表面上设置P型限制层。与现有技术相比，本申请的上述制作方法，在有源层设置多个交替的量子阱层和量子垒层组成的量子阱对，在载流子扩散长度范围内保证了量子阱的对数较多，且在两个上述第一量子垒层之间设置上述第二量子垒层，可以较好地起到对载流子的阻挡效果，从而提高LED的光转换效率，进而提高LED的发光效率，亦较好地缓解现有的LED的发光效率不高的问题。
一种具体的实施例中，上述第二量子垒层的材料与上述第一量子垒层的材料相同。
本申请的一种具体的实施例中，上述有源层的形成步骤，包括：于上述N型限制层上周期性生长上述量子阱层和上述第一量子垒层，形成N个阱垒周期，一个上述阱垒周期包括相邻的一个上述量子阱层和一个上述第一量子垒层，其中，N为小于M/3的整数，M为大于等于15的正整数；在N个上述阱垒周期上交替生长上述量子阱层和上述量子垒层，形成N个上述阱垒周期，其中，至少一个上述阱垒周期包括上述第二量子垒层；在2N个上述阱垒周期上交替生长上述量子阱层和上述第一量子垒层，形成(M-2N)个上述阱垒周期。这样可以较为简单地形成上述有源层，同时保证了上述第二量子垒层位于两个上述第一量子垒层之间，进一步地保证了第二量子垒层对载流子的阻挡效果较好，进一步地保证了LED的亮度较高。当然，本领域技术人员还可以通过其他方法形成上述有源层。
需要说明的是，M的数量不能太大，M超过一定数量不仅不会对LED的发光效率做出贡献，还会成为吸光中心，降低LED的发光强度，一种具体的实施例中，M为20。
根据本申请的另一种具体的实施例，在设置上述N型限制层之后，在设置上述有源层之前，上述制作方法还包括：降低生长上述N型限制层后的反应温度，并在该反应温度下生长第一间隔层；和/或在设置上述有源层之后，在设置上述P型限制层之前，上述制作方法还包括：在上述有源层上生长第二间隔层，提高生长上述第二间隔层后的反应温度，并在该反应温度下生长上述P型限制层。上述第一间隔层起到温度过渡和光波导的作用，保护上述量子阱层和上述量子垒层，上述第二间隔层起到温度过渡和光波导的作用，在保护上述量子阱层和上述量子垒层的同时，还起到防止P型掺杂剂扩散到上述量子阱层和上述量子垒层中的作用。
一种具体的实施例中，在设置上述N型限制层之后，在设置上述有源层40之前，上述制作方法还包括：在上述N型限制层30上设置第一间隔层80，上述第一间隔层80的材料与上述量子垒层的材料相同；在设置上述有源层40之后，在设置上述P型限制层50之后，上述制作方法还包括：在上述有源层40上设置第二间隔层90，上述第二间隔层90的材料与上述量子垒层的材料相同，上述第一间隔层80的生长温度和上述第二间隔层90的生长温度均与上述有源层40的生长温度相同。得到如图2所示的LED外延结构图。
为了进一步地保证LED的亮度较高，根据本申请的再一种具体的实施例，上述有源层的生长温度比上述N型限制层的生长温度低10℃～25℃。这样可以保证上述有源层的带隙较小，保证了上述N型限制层对载流子的限制作用较强，且相对上述N型限制层，上述有源层的晶格的变化可改善应力，进一步地保证了LED的亮度较高、波长均匀性较好。
一种具体的实施例中，上述有源层的生长温度比上述N型限制层的生长温度低10℃～20℃。
本申请的又一种具体的实施例中，上述第一间隔层的材料与上述量子垒层的材料相同，均为掺硅元素的铝镓铟磷，上述第二间隔层的材料与上述量子垒层的材料相同，上述第一间隔层的厚度在70nm～150nm之间，上述第二间隔层的厚度在30nm～80nm之间。
根据本申请的再一种具体的实施例，在设置上述N型限制层之前，上述制作方法还包括：在上述衬底上周期性生长第一反射率层101和第二反射率层102，形成分布式布拉格反射复合结构，得到如图4所示的分布式布拉格反射复合结构；其中，上述第一反射率层101的反射率小于上述第二反射率层102的反射率。这样可增大分布式布拉格反射复合结构对有源层光线的反射率，减少大倾角入射光线的临界损失，以达到提高外延结构的光提取效率的目的。
本申请的再一种具体的实施例中，上述形成分布式布拉格反射复合结构的方法可以包括：在上述衬底上周期性生长第一反射率层101和第二反射率层102，形成第一复合子结构103，上述第一复合子结构的反射波长为λ+100nm；在上述第一复合子结构103上交替设置上述第一反射率层101和上述第二反射率层102，形成第二复合子结构104，上述第二复合子结构104的反射波长为λ+50nm；在上述第二复合子结构104上交替设置上述第一反射率层101和上述第二反射率层102，形成第三复合子结构105，上述第三复合子结构105的反射波长为λ中，λ为上述有源层的发光波长，上述第一复合子结构103、上述第二复合子结构104和上述第三复合子结构105形成分布式布拉格反射复合结构100，如图4所示。
在实际的应用过程中，上述第一复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数小于上述第二复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数，上述第二复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数小于上述第三复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数。通过设置不同交叠周期数的上述第一复合子结构、上述第二复合子结构和上述第三复合子结构，可增大分布式布拉格反射复合结构对有源层光线的反射率，减少大倾角入射光线的临界损失，以达到提高外延结构的光提取效率的目的。
一种具体的实施例中，上述第一复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数为7，上述第二复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数为8，第三复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数为15。当然，实际应用中，并不限于上述的具体数值，还可以为其他可行的具体数值。
根据本申请的再一种具体的实施例，上述第一反射率层的材料为掺硅元素的砷化铝，上述第二反射率层的材料为掺硅元素的铝镓砷。上述第二反射率层的材料中铝原子的个数为上述第二反射率层中的总原子个数的46％。
根据本申请的另一种具体的实施例，生长上述第一反射率层和上述第二反射率层的温度为630℃～680℃，压力为40torr～50torr，上述第一反射率层的材料为掺硅元素的砷化铝，上述第二反射率层的材料为掺硅元素的铝镓砷。
在实际的应用过程中，如图2所示，在提供衬底10之后，在上述衬底10上设置N型限制层30之前，上述方法还包括：在上述衬底10上形成缓冲层20，在上述有源层40的裸露表面上设置P型限制层50之后，上述方法还包括：在上述P型限制层50上依次形成过渡层60以及窗口层70。
根据本申请的再一种具体的实施例，在上述衬底上依次设置上述缓冲层、上述N型限制层、上述有源层、上述P型限制层、上述过渡层以及上述窗口层，包括：在50torr压力下，H2/AsH3环境下升温到650℃～710℃，对反应室内的砷化镓的衬底处理3min～8min；将温度降至640℃～690℃，保持压力40torr～50torr，向上述反应室内通入三甲基镓，掺硅元素的生长砷化镓的缓冲层，生长厚度20nm～30nm，掺杂浓度约为3E17cm-3～1E18cm-3；向上述反应室内通入为PH3，在温度640℃～690℃，压力40torr～50torr下，通入三甲基铟和三甲基铝，生长掺硅元素的磷化铝铟，生长厚度约400nm～600nm，掺杂浓度约为1E17cm-3～5E17cm-3；在上述反应室内的温度为630℃～680℃且压力为40torr～50torr时，在上述N型限制层上交替生长上述量子阱层和上述量子垒层，其中，上述量子阱层包括铝镓铟磷，且铝原子的个数为上述量子阱层中的总原子个数的1.25％～2.5％，上述量子垒层包括铝镓铟磷层，且铝原子的个数为上述量子垒层中的总原子个数的15％～17.5％，上述量子阱层的厚度在5nm～8nm之间，上述第一量子垒层的厚度在8nm～12nm之间，上述第二量子垒层有一个且厚度在70nm～140nm之间；将上述反应室内的温度升高温度至640℃～690℃，且保持压力为40torr～50torr，通入三甲基铝和三甲基铟生长P型限制层，生长厚度为600nm～800nm，掺杂元素为镁元素、锌元素或者碳元素，掺杂浓度为1E18cm-3～6E18cm-3；保持上述反应室内的温度为640℃～690℃，压力为40torr～50torr，通入三甲基镓、三甲基铝和三甲基铟，生长掺镁元素、锌元素或者碳元素的铝镓铟磷的过渡层，生长厚度为30nm～80nm；采用上述三甲基铟和上述三甲基铝梯度渐变或者线性渐变到0的生长方式过渡到掺镁元素、锌元素或者碳元素的磷化镓的窗口层，掺杂浓度从5E18cm-3梯度渐变或者线性渐变至1E19cm-3；向上述反应室内通入上述三甲基镓，生长掺镁元素、锌元素或者碳元素的磷化镓的窗口层，生长厚度为2000nm～3000nm，控制上述反应室内的温度从700℃到640℃梯度变化，使掺杂元素依外延生长方向从4E19cm-3增加到9E19cm-3。当然，本领域技术人员还可以控制温度和压力为其他范围，上述LED外延结构中各层的构成材料也可以为其他材料，上述掺杂元素也可以选用其他元素，上述掺杂浓度也可以根据实际情况进行调整，过程中通入的气体还可以为其他气体。
一种具体的实施例中，在向上述反应室内通入为PH3，在温度640℃～690℃，压力40torr～50torr下，通入三甲基铟和三甲基铝，生长掺硅元素的磷化铝铟，生长厚度约400nm～600nm，掺杂浓度约为1E17cm-3～5E17cm-3之后，在上述反应室内的温度为630℃～680℃且压力为40torr～50torr时，在上述N型限制层上交替生长上述量子阱层和上述量子垒层之前，上述方法还包括：在温度650℃，压力50torr下，通入三甲基镓、三甲基铝和三甲基铟，生长掺硅元素的铝镓铟磷的第一间隔层，生长厚度为150nm掺杂浓度约为2E17cm-3。
另一种具体的实施例中，在上述反应室内的温度为630℃～680℃且压力为40torr～50torr时，在上述N型限制层上交替生长上述量子阱层和上述量子垒层，之后，在将上述反应室内的温度升高温度至640℃～690℃，且保持压力为40torr～50torr，通入三甲基铝和三甲基铟生长P型限制层，生长厚度为600nm～800nm，掺杂元素为镁元素、锌元素或者碳元素，掺杂浓度为1E18cm-3～6E18cm-3之间，上述方法还包括：继续生长第二间隔层，上述第二间隔层的材料组分与上述量子垒层的材料组分相同，生长厚度约为100nm，上述第二间隔层不掺杂。
在一种具体的实施例中，M为20，上述量子阱层的材料为铝镓铟磷且铝原子的个数为上述量子阱层中的总原子个数的2％，上述量子垒层的材料为铝镓铟磷且铝原子的个数为上述量子垒层中的总原子个数的16.25％，上述量子阱层的厚度为5nm，上述第一量子垒层的厚度为8nm，上述第二量子垒层有一个且厚度为80nm，上述第二量子垒层位于第10个阱垒周期，整个有源层不掺杂。当然，铝原子的个数为上述量子阱层中的总原子个数还可以为其他值，铝原子的个数为上述量子垒层中的总原子个数也还可以为其他值，上述量子阱层的厚度还可以为其他值，上述第一量子垒层的厚度也可以为其他值，上述第二量子垒层可以由多个且其厚度还可为其他值，上述第二量子垒层的位置也可调整，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种发光器件，包括任一种上述LED外延结构或者任一种制作方法制作得到的上述LED外延结构。
上述的发光器件，包括任一种上述LED外延结构或者任一种制作方法制作得到的上述LED外延结构。与现有技术相比，本申请的上述发光器件，在有源层设置多个交替的量子阱层和量子垒层组成的量子阱对，在载流子扩散长度范围内保证了量子阱的对数较多，且在两个上述第一量子垒层之间设置上述第二量子垒层，可以较好地起到对载流子的阻挡效果，从而提高LED的光转换效率，进而提高LED的发光效率，同时保证LED的波长均匀性较好，亦较好地缓解现有的LED的发光效率不高的问题。
在实际的应用过程中，上述发光器件还包括电极。另外，该LED可以为小尺寸的LED，比如，Mini LED(Mini Light Emitting Diode)或Micro LED(Micro Light EmittingDiode)。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种显示面板，包括上述的发光器件。
上述的显示面板，包括上述的发光器件。与现有技术相比，本申请的上述显示面板，在有源层设置多个交替的量子阱层和量子垒层组成的量子阱对，在载流子扩散长度范围内保证了量子阱的对数较多，且在两个上述第一量子垒层之间设置上述第二量子垒层，可以较好地起到对载流子的阻挡效果，从而提高LED的光转换效率，进而提高LED的发光效率，同时保证LED的波长均匀性较好，亦较好地缓解现有的LED的发光效率不高的问题，保证了显示面板的显示效果较好。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (13)
1.一种LED外延结构，其特征在于，从下至上包括依次设置的衬底、N型限制层、有源层和P型限制层；
其中，所述有源层包括交替设置的量子阱层和量子垒层，部分所述量子垒层为第一量子垒层，部分所述量子垒层为第二量子垒层，所述第二量子垒层位于两个所述第一量子垒层之间，且任一所述第二量子垒层的厚度大于任一所述第一量子垒层的厚度。
2.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，相邻的一个所述量子阱层和一个所述量子垒层形成一个阱垒周期，所述有源层包括M个所述阱垒周期，所述第二量子垒层位于第M/3个所述阱垒周期到第2M/3个所述阱垒周期之间，其中，M为大于等于15的正整数。
3.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述LED外延结构还包括：
间隔层，设于所述N型限制层与所述有源层之间和/或设于所述有源层与所述P型限制层之间。
4.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述LED外延结构还包括：
分布式布拉格反射复合结构，包括周期性交叠设置的第一反射率层和第二反射率层；其中，所述第一反射率层的反射率小于所述第二反射率层的反射率。
5.如权利要求4所述的LED外延结构，其特征在于，所述分布式布拉格反射复合结构按其生长方向包括至少一级复合子结构；其中，每级所述复合子结构包括若干对周期性交叠生长的第一反射率层和第二反射率层。
6.如权利要求5所述的LED外延结构，其特征在于，所述分布式布拉格反射复合结构按其生长方向包括第一复合子结构、第二复合子结构和第三复合子结构，所述第一复合子结构、所述第二复合子结构和所述第三复合子结构的反射波长逐级递减。
7.如权利要求6所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数小于所述第二复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数，所述第二复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数小于所述第三复合子结构中第一反射率层和第二反射率层的交叠周期数。
8.一种LED外延结构的制作方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底上设置N型限制层；
在所述N型限制层的裸露表面上交替设置量子阱层和量子垒层，形成有源层；其中，部分所述量子垒层为第一量子垒层，部分所述量子垒层为第二量子垒层，所述第二量子垒层位于两个所述第一量子垒层之间，且任一所述第二量子垒层的厚度大于任一所述第一量子垒层的厚度；
在所述有源层的裸露表面上设置P型限制层。
9.如权利要求8所述的LED外延结构的制作方法，其特征在于，所述有源层的形成步骤，包括：
于所述N型限制层上周期性生长所述量子阱层和所述第一量子垒层，形成N个阱垒周期，一个所述阱垒周期包括相邻的一个所述量子阱层和一个所述第一量子垒层，其中，N为小于M/3的整数，M为大于等于15的正整数；
在N个所述阱垒周期上交替生长所述量子阱层和所述量子垒层，形成N个所述阱垒周期，其中，至少一个所述阱垒周期包括所述第二量子垒层；
在2N个所述阱垒周期上交替生长所述量子阱层和所述第一量子垒层，形成(M-2N)个所述阱垒周期。
10.如权利要求9所述的LED外延结构的制作方法，其特征在于，
在设置所述N型限制层之后，在设置所述有源层之前，所述制作方法还包括：
降低生长所述N型限制层后的反应温度，并在该反应温度下生长第一间隔层；和/或
在设置所述有源层之后，在设置所述P型限制层之前，所述制作方法还包括：在所述有源层上生长第二间隔层，提高生长所述第二间隔层后的反应温度，并在该反应温度下生长所述P型限制层。
11.如权利要求8所述LED外延结构的制作方法，其特征在于，在设置所述N型限制层之前，所述制作方法还包括：
在所述衬底上周期性生长第一反射率层和第二反射率层，形成分布式布拉格反射复合结构；其中，所述第一反射率层的反射率小于所述第二反射率层的反射率。
12.一种发光器件，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述LED外延结构或者权利要求8至11中任一项制作方法制作得到的所述LED外延结构。
13.一种显示面板，其特征在于，包括权利要求12所述的发光器件。
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