CN116093225A - 一种多量子阱发光层、发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多量子阱发光层、发光二极管及其制备方法，方法包括获取一衬底；在衬底上依次生长N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、以及P型半导体层；其中，生长多量子阱发光层的方法包括在低温应力释放层上依次周期性交替生长Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、以及混合极性垒层；其中，生长混合极性垒层的方法包括在Ga极性渐变阱后保护层上依次周期性交替生长Ga极性垒层与N极性垒层。本申请通过交替层叠的Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层及混合极性垒层，减小量子阱中受压应力形成的电场大小，致使量子阱能带倾斜和弯曲程度减轻，提高发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种多量子阱发光层、发光二极管及其制备方法。
背景技术
发光二极管（Light Emitting Diode)简称LED，是一种将电能直接转化为光能的半导体发光器件，具有较高的转换效率。作为一种节能环保的新型光源，LED 近年来受到了很大的关注，许多国家将 LED 相关的半导体照明视作一种战略技术。通过大量研发和实验，半导体照明技术取得了突飞猛进的发展真正地实现了半导体照明的商业化，各种类型的 LED 被广泛应用于指示、显示、背光、投射等领域。
半导体照明取得的这些成就主要得益于GaN基LED相关技术的进步，相对于其它的材料体系，无论是在效率上还是在可靠性上，GaN基LED都有着明显的优势。随着生产规模化和发光效率的提高，成本在不断下降，因此，GaN基LED具有广泛的应用前景和很高的商业价值，当然，也存在诸多的技术瓶颈急需解决。
现有技术中，GaN基LED其外延薄膜主要是Ga极性（Ga-Poalr）GaN薄膜，由于GaN基LED的量子阱中存在压电极化电场和自发极化电场，致使量子阱的能带发生弯曲和倾斜，从而减少了量子阱中电子和空穴的波函数交叠，降低了电子和空穴的辐射复合效率，进而降低了发光二极管的发光效率。因此，为了提高发光二极管的发光效率，降低量子阱的能带弯曲程度是十分必要的。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种多量子阱发光层、发光二极管及其制备方法，用于解决现有技术中由于GaN基LED的量子阱中存在压电极化电场和自发极化电场，致使量子阱的能带发生弯曲和倾斜，从而减少了量子阱中电子和空穴的波函数交叠，降低了电子和空穴的辐射复合效率，进而降低了发光二极管的发光效率的问题。
本发明一方面提供一种多量子阱发光层，包括：
由下至上依次周期性交替层叠的Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、及混合极性垒层；所述混合极性垒层包括Ga极性垒层与N极性垒层，所述Ga极性垒层与所述N极性垒层由下至上依次周期性交替层叠以形成超晶格结构；
所述Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、Ga极性垒层及N极性垒层均为AlxInyGaN层，其中，0≤x≤0.6，0≤y≤0.4。
上述多量子阱发光层，通过交替层叠的Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、及混合极性垒层以形成一种低极化效应量子阱结构，减小了量子阱中受压应力形成的电场大小，致使量子阱能带倾斜和弯曲程度减轻，从而提高发光二极管的发光效率；具体的，在Ga极性阱层前后分别设置Ga极性渐变阱前保护层以及Ga极性渐变阱后保护层，减小了阱层与垒层之间的失配度，减小Ga极性阱层所受的压应力，从而减小了量子阱中受压应力形成的压电场大小，致使量子阱能带倾斜和弯曲程度减轻；进一步地，混合极性垒层的设计利用了Ga极性氮化物与N极性氮化物的极化电场方向相反，从而消除了垒层自发极化效应形成的自发极化电场，消除了垒层自发极化电场对量子阱能带倾斜和弯曲的影响，提高了发光二极管的发光效率。
另外，根据本发明上述的多量子阱发光层，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述Ga极性阱层为Alx1Iny1GaN层；所述Ga极性垒层与所述N极性垒层为组分相同、极性不同的Alx2Iny2GaN层，其中，x1＜x2， y2＜y1。
进一步地，0≤x1≤0.4，0≤y1≤0.4；0≤x2≤0.6，0≤y2≤0.2。
进一步地，所述混合极性垒层的厚度为7nm~12nm。
进一步地，所述Ga极性阱层的厚度为2.5nm~4nm；所述Ga极性垒层的厚度为0.5nm~6nm；所述N极性垒层的厚度为0.5nm~6nm。
进一步地，所述混合极性垒层的交替层叠周期范围为1~12；所述多量子阱发光层的交替层叠周期范围为4~16。
进一步地，所述Ga极性渐变阱前保护层为Al组分、In组分由垒层渐变至阱层的Alx3Iny3GaN层，其中，0≤x3≤0.6，0≤y3≤0.4，厚度为0.5nm~2.5nm。
进一步地，所述Ga极性渐变阱后保护层为Al组分、In组分由阱层渐变至垒层的Alx4Iny4GaN层，其中，0≤x4≤0.6，0≤y4≤0.4，厚度为0.5nm~2.5nm。
本发明一方面还提供一种发光二极管，包括衬底、以及由下至上依次设于所述衬底上的N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、P型半导体层，所述多量子阱发光层为上述的多量子阱发光层。
本发明另一方面还提供一种发光二极管制备方法，用于制备上述的发光二极管，所述方法包括：
获取一衬底；
在所述衬底上依次生长N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、以及P型半导体层；
其中，生长所述多量子阱发光层的方法包括：
在所述低温应力释放层上依次周期性交替生长Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、以及混合极性垒层；
其中，生长所述混合极性垒层的方法包括：
在所述Ga极性渐变阱后保护层上依次周期性交替生长Ga极性垒层与N极性垒层。
附图说明
图1为本发明实施例中发光二极管的结构示意图；
图2为本发明实施例中多量子阱发光层的结构示意图；
图3为本发明实施例中混合极性垒层的结构示意图。
主要结构符号说明：
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明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例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了解决现有技术中由于GaN基LED的量子阱中存在压电极化电场和自发极化电场，致使量子阱的能带发生弯曲和倾斜，从而减少了量子阱中电子和空穴的波函数交叠，降低了电子和空穴的辐射复合效率，进而降低了发光二极管的发光效率的问题，本申请提供了一种多量子阱发光层、发光二极管及其制备方法，通过交替层叠的Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、及混合极性垒层以形成一种低极化效应量子阱结构，减小了量子阱中受压应力形成的电场大小，致使量子阱能带倾斜和弯曲程度减轻，从而提高发光二极管的发光效率；具体的，在Ga极性阱层前后分别设置Ga极性渐变阱前保护层以及Ga极性渐变阱后保护层，减小了阱层与垒层之间的失配度，减小Ga极性阱层所受的压应力，从而减小了量子阱中受压应力形成的压电场大小，致使量子阱能带倾斜和弯曲程度减轻；进一步地，混合极性垒层的设计利用了Ga极性氮化物与N极性氮化物的极化电场方向相反，从而消除了垒层自发极化效应形成的自发极化电场，消除了垒层自发极化电场对量子阱能带倾斜和弯曲的影响，提高了发光二极管的发光效率。
具体的，如图1所示，一种发光二极管，包括衬底10、以及由下至上依次设于所述衬底上的N型半导体层20、低温应力释放层30、多量子阱发光层40、电子阻挡层50、P型半导体层60；
其中，如图2及图3所示，多量子阱发光层40包括由下至上依次周期性交替层叠的Ga极性渐变阱前保护层41、Ga极性阱层42、Ga极性渐变阱后保护层43、及混合极性垒层44；所述混合极性垒层44包括Ga极性垒层441与N极性垒层442，所述Ga极性垒层441与所述N极性垒层442由下至上依次周期性交替层叠以形成超晶格结构；
所述Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、Ga极性垒层及N极性垒层均为AlxInyGaN层，其中，0≤x≤0.6，0≤y≤0.4。
本发明提供的多量子阱发光层，通过交替层叠的Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、及混合极性垒层以形成一种低极化效应量子阱结构，减小了量子阱中受压应力形成的电场大小，致使量子阱能带倾斜和弯曲程度减轻，从而提高发光二极管的发光效率；具体的，在Ga极性阱层前后分别设置Ga极性渐变阱前保护层以及Ga极性渐变阱后保护层，减小了阱层与垒层之间的失配度，减小Ga极性阱层所受的压应力，从而减小了量子阱中受压应力形成的压电场大小，致使量子阱能带倾斜和弯曲程度减轻；进一步地，混合极性垒层的设计利用了Ga极性氮化物与N极性氮化物的极化电场方向相反，从而消除了垒层自发极化效应形成的自发极化电场，消除了垒层自发极化电场对量子阱能带倾斜和弯曲的影响，提高了发光二极管的发光效率。
本发明提供的发光二极管外延片，具有特定结构的P型半导体层，所述P型半导体层极大的增加了空穴浓度，增加了空穴的迁移率和扩展，增加了多量子阱区电子-空穴对的复合，从而提升了发光效率。
具体的，在一些可选实施例中，所述混合极性垒层的堆叠层数为1~12；所述多量子阱发光层的堆叠层数为4~16。所述混合极性垒层的厚度为7nm~12nm。
进一步地，在一些可选实施例中，所述Ga极性阱层为Alx1Iny1GaN层；0≤x1≤0.4，0≤y1≤0.4；厚度为2.5nm~4nm；所述Ga极性垒层与所述N极性垒层为组分相同、极性不同的Alx2Iny2GaN层，其中，x1＜x2， y2＜y1，0≤x2≤0.6，0≤y2≤0.2；所述Ga极性垒层的厚度为0.5nm~6nm；所述N极性垒层的厚度为0.5nm~6nm；所述Ga极性渐变阱前保护层为Al组分、In组分由垒层渐变至阱层的Alx3Iny3GaN层，其中，0≤x3≤0.6，0≤y3≤0.4，厚度为0.5nm~2.5nm；所述Ga极性渐变阱后保护层为Al组分、In组分由阱层渐变至垒层的Alx4Iny4GaN层，其中，0≤x4≤0.6，0≤y4≤0.4，厚度为0.5nm~2.5nm。
最后，需要说明的是，本发明提供的多量子阱发光层的各组成层之间存在相互协同的作用关系，具体如下：
通过交替层叠的Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、及混合极性垒层以形成一种低极化效应量子阱结构，减小了量子阱中受压应力形成的电场大小，致使量子阱能带倾斜和弯曲程度减轻，从而提高发光二极管的发光效率；具体的，在Ga极性阱层前后分别设置Ga极性渐变阱前保护层以及Ga极性渐变阱后保护层，减小了阱层与垒层之间的失配度，减小Ga极性阱层所受的压应力，从而减小了量子阱中受压应力形成的压电场大小，致使量子阱能带倾斜和弯曲程度减轻；进一步地，混合极性垒层的设计利用了Ga极性氮化物与N极性氮化物的极化电场方向相反，从而消除了垒层自发极化效应形成的自发极化电场，消除了垒层自发极化电场对量子阱能带倾斜和弯曲的影响，提高了发光二极管的发光效率。
除了上述多量子阱发光层外，本发明的其他层状结构的特点如下：
在一种实施方式中，所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化铝、氮化镓或者氧化镓等衬底中的任意一种。
在一种实施方式中，所述N型半导体层的材料为掺杂Si元素的AlxInyGaN单层或多层结构，其中，0≤x≤0.6，0≤y≤0.2，厚度为0.5μm~10μm，Si浓度为1×1018/cm³~1×1020/cm³。
在一种实施方式中，所述低温应力释放层材料为掺杂Si元素的AlxInyGaN单层或多层结构，其中，0≤x≤0.6，0≤y≤0.2，厚度为20nm~500nm，Si浓度为2×1015/cm³~5×1017/cm³，生长温度范围为800-950℃。
在一种实施方式中，所述电子阻挡层的材料为Al组分梯形递减的AlxInyGaN多层结构，其中，0.2≤x≤1，0≤y≤0.3，厚度为20nm~500nm。
在一种实施方式中，所述P型半导体层的材料为掺杂Mg元素的AlxInyGaN单层或多层结构，其中，0≤x≤0.6，0≤y≤0.2，厚度为20nm~2μm，Mg浓度为2×1018/cm³~5×1021/cm³。
相应地，本发明还提供了一种发光二极管制备方法，包括以下步骤：
S1、获取一衬底。
在一种实施方式中，所述衬底选用蓝宝石衬底。
S2、在所述衬底上依次生长N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、以及P型半导体层。
所述多量子阱发光层包括由下至上依次周期性交替层叠的Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、及混合极性垒层；所述混合极性垒层包括Ga极性垒层与N极性垒层，所述Ga极性垒层与所述N极性垒层由下至上依次周期性交替层叠以形成超晶格结构；所述Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、Ga极性垒层及N极性垒层均为AlxInyGaN层，其中，0≤x≤0.6，0≤y≤0.4。
具体的，所述Ga极性阱层为Alx1Iny1GaN层；0≤x1≤0.4，0≤y1≤0.4；所述Ga极性垒层与所述N极性垒层为组分相同、极性不同的Alx2Iny2GaN层，其中，x1＜x2， y2＜y1，0≤x2≤0.6，0≤y2≤0.2；所述Ga极性渐变阱前保护层为Al组分、In组分由垒层渐变至阱层的Alx3Iny3GaN层，其中，0≤x3≤0.6，0≤y3≤0.4；所述Ga极性渐变阱后保护层为Al组分、In组分由阱层渐变至垒层的Alx4Iny4GaN层，其中，0≤x4≤0.6，0≤y4≤0.4。
在一种实施方式中，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、采用下述方法完成在衬底的正面沉积N型半导体层。
将反应室温度控制在1000至1200℃，压力控制在20至300torr，通入H2，完成沉积。
S22、采用下述方法完成在N型半导体层上沉积低温应力释放层。
将反应室温度控制在800至950℃，压力控制在50至500torr，通入N2，完成沉积。
S23、采用下述方法完成在低温应力释放层上沉积多量子阱发光层。
具体的，在低温应力释放层上交替沉积Ga极性渐变阱前保护层Alx3Iny3GaN层、Ga极性阱层Alx1Iny1GaN层、Ga极性渐变阱后保护层Alx4Iny4GaN层、及混合极性垒层，以完成多量子阱发光层的沉积。所述多量子阱发光层的堆叠层数在4~16。
在一种实施方式中，采用下述方法完成Ga极性渐变阱前保护层Alx3Iny3GaN层的沉积；
将反应室温度控制在700至900℃，压力控制在50至500torr，通入N2，完成沉积。
在一种实施方式中，采用下述方法完成Ga极性阱层Alx1Iny1GaN层的沉积；
将反应室温度控制在700至880℃，压力控制在50至500torr，通入N2，完成沉积。
在一种实施方式中，采用下述方法完成Ga极性渐变阱后保护层Alx4Iny4GaN层的沉积；
将反应室温度控制在700至900℃，压力控制在50至500torr，通入N2，完成沉积。
在一种实施方式中，采用下述方法完成混合极性垒层的沉积；
具体的，在Ga极性渐变阱后保护层Alx4Iny4GaN层交替沉积Ga极性垒层与N极性垒层，以完成所述混合极性垒层的沉积。所述混合极性垒层的堆叠层数在1~12。
S24、采用下述方法完成在N极性垒层上沉积电子阻挡层。
将反应室温度控制在900至1050℃，压力控制在10至250torr，通入N2，完成沉积。
S25、采用下述方法完成在电子阻挡层上沉积P型半导体层。
将反应室温度控制在850至1050℃，压力控制在50至500torr，通入N2/H2，完成沉积。
以上，采用MOCVD设备、CVD设备或PVD设备完成沉积过程，本发明对沉积方法不作限定。
为了便于理解本发明，下面将给出了本发明的若干实施例。但是，本发明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例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
实施例1
本实施例提供一种发光二极管，具体的，本实施例为绿光发光二极管，发光波长为525-535nm，包括衬底、以及由下至上依次设于所述衬底上的N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、P型半导体层；
所述多量子阱发光层包括由下至上依次周期性交替层叠的Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、及混合极性垒层；
所述Ga极性渐变阱前保护层为Iny3GaN层、Ga极性阱层为Iny1GaN层、Ga极性渐变阱后保护层为Iny4GaN层、及混合极性垒层交替沉积，以形成多量子阱发光层，其中，Ga极性阱层中In组分为0.25， Ga极性渐变阱前保护层中In组分由0递增至0.25，Ga极性渐变阱后保护层中In组分由0.25递增至0；
所述混合极性垒层包括Ga极性垒层与N极性垒层，所述Ga极性垒层与所述N极性垒层由下至上依次周期性交替层叠以形成超晶格结构；所述Ga极性垒层与所述N极性垒层为组分相同、极性不同的GaN层。
上述发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
S1、获取一衬底；所述衬底选用蓝宝石衬底。
S2、在所述衬底上依次生长N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、以及P型半导体层。
具体的，步骤S2包括以下步骤：
S21、采用下述方法完成在衬底的正面沉积N型半导体层。
将反应室温度控制在1100℃，压力控制在120torr，通入H2，完成沉积并控制沉积厚度为4.6μm。
S22、采用下述方法完成在N型半导体层上沉积低温应力释放层。
将反应室温度控制在880℃，压力控制在120torr，通入N2，完成沉积并控制沉积厚度为120nm。
S23、采用下述方法完成在低温应力释放层上沉积多量子阱发光层。
具体的，在低温应力释放层上交替沉积Ga极性渐变阱前保护层Iny3GaN层、Ga极性阱层Iny1GaN层、Ga极性渐变阱后保护层Iny4GaN层、及混合极性垒层，以完成多量子阱发光层的沉积。
在一种实施方式中，采用下述方法完成Ga极性渐变阱前保护层Iny3GaN层的沉积；
将反应室温度控制在880—728℃，压力控制在160torr，通入N2，完成沉积并控制沉积厚度为0.5nm。
在一种实施方式中，采用下述方法完成Ga极性阱层Iny1GaN层的沉积；
将反应室温度控制在728℃，压力控制在160torr，通入N2，完成沉积并控制沉积厚度为3nm。
在一种实施方式中，采用下述方法完成Ga极性渐变阱后保护层Iny4GaN层的沉积；
将反应室温度控制在728—880℃，压力控制在160torr，通入N2，完成沉积并控制沉积厚度为0.5nm。
在一种实施方式中，采用下述方法完成混合极性垒层的沉积；
具体的，在Ga极性渐变阱后保护层Iny4GaN层交替沉积Ga极性垒层与N极性垒层，以完成所述混合极性垒层的沉积，堆叠层数为4。
在一种实施方式中，采用下述方法完成Ga极性垒层的沉积；
将反应室温度控制在880℃，压力控制在160torr，通入N2/H2，完成沉积并控制沉积厚度为1.6nm。
在一种实施方式中，采用下述方法完成N极性垒层的沉积；
将反应室温度控制在880℃，压力控制在160torr，通入N2/H2，完成沉积并控制沉积厚度为1.6nm。
S24、采用下述方法完成在N极性垒层上沉积电子阻挡层。
将反应室温度控制在985℃，压力控制在80torr，通入N2，完成沉积并控制沉积厚度为120nm。
S25、采用下述方法完成在电子阻挡层上沉积P型半导体层。
将反应室温度控制在998℃，压力控制在160torr，通入N2/H2，完成沉积并控制沉积厚度为200nm。
实施例2
本实施例提供一种发光二极管，本实施例当中的发光二极管与实施例1中的发光二极管的不同之处在于：
混合极性垒层中Ga极性垒层厚度为0.8nm，N极性垒层厚度为0.8nm，堆叠层数为8。仅量子阱结构改变，其余不变。
实施例3
本实施例提供一种发光二极管，本实施例当中的发光二极管与实施例1中的发光二极管的不同之处在于：
混合极性垒层中Ga极性垒层厚度为3.2nm，N极性垒层厚度为3.2nm，堆叠层数为2。仅量子阱结构改变，其余不变。
对比例1
本实施例提供一种发光二极管，本实施例当中的发光二极管与实施例1中的发光二极管的不同之处在于：
多量子阱发光层的结构去除Ga极性渐变阱前保护层41。仅多量子阱发光层的结构改变，其余不变。
对比例2
本实施例提供一种发光二极管，本实施例当中的发光二极管与实施例1中的发光二极管的不同之处在于：
多量子阱发光层的结构为去除Ga极性渐变阱后保护层43。仅多量子阱发光层的结构改变，其余不变。
对比例3
本实施例提供一种发光二极管，本实施例当中的发光二极管与实施例1中的发光二极管的不同之处在于：
多量子阱发光层的结构为将混合极性垒层44改为Ga极性垒层。仅多量子阱发光层的结构改变，其余不变。
对比例4
本实施例提供一种发光二极管，本实施例当中的发光二极管与实施例1中的发光二极管的不同之处在于：
多量子阱发光层的结构为将混合极性垒层44改为N极性垒层。仅多量子阱发光层的结构改变，其余不变。
以实施例1-3和对比例1-4制得发光二极管制作芯片进行性能测试，其中，将实施例1-3和对比例1-4制得的发光二极管制成芯片，进行亮度测试。具体的测试结果如表1所示。
表1：
测试了实施例1-3、对比例1-4芯片在常温下的电致发光光谱，并统计了各实施例及对比例从0.01A/cm2至1A/cm2电流密度下峰值波长的波长蓝移及电光转换效率（WPE），具体如表1所示。由表1可得，通过本申请的制备方法制备得到的发光二极管，其波长蓝移、电光转换效率（WPE）以及光效均优于传统制备方法制备得到的发光二极管。例如：对比例3为传统工艺芯片，波长蓝移为7.68nm，WPE为35.86%。
由上述结果可知，使用本发明提出的发光二极管，其具有特定结构的多量子阱发光层，能够使得发光二极管的发光效率得到极大提升。以实施例1为例，由实施例1可得，实施例1的芯片，能够使得发光二极管从0.01A/cm2至1A/cm2电流密度下峰值波长的波长蓝移相对对比例1-3均明显减小，即量子阱的能带弯曲程度减小，量子阱中电子和空穴的波函数交叠增大，电子和空穴的辐射复合效率明显提升。而对比例4在0.01A/cm2至1A/cm2电流密度下峰值波长的波长蓝移虽然相对实施例1更小，说明对比例中量子阱的能带弯曲程度相对更小，但发光二极管的发光效率却明显下降，其主要原因是对比例量子阱中N极性材料占比（厚度）增加，量子阱质量下降，量子阱中缺陷的非辐射复合增加，从而降低了发光二极管的光效。故本申请实施例中的芯片，其发光效率均优于现有技术对比例中的芯片。
综上，本发明上述实施例当中的多量子阱发光层、发光二极管及其制备方法，通过交替层叠的Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、及混合极性垒层以形成一种低极化效应量子阱结构，减小了量子阱中受压应力形成的电场大小，致使量子阱能带倾斜和弯曲程度减轻，从而提高发光二极管的发光效率；具体的，在Ga极性阱层前后分别设置Ga极性渐变阱前保护层以及Ga极性渐变阱后保护层，减小了阱层与垒层之间的失配度，减小Ga极性阱层所受的压应力，从而减小了量子阱中受压应力形成的压电场大小，致使量子阱能带倾斜和弯曲程度减轻；进一步地，混合极性垒层的设计利用了Ga极性氮化物与N极性氮化物的极化电场方向相反，从而消除了垒层自发极化效应形成的自发极化电场，消除了垒层自发极化电场对量子阱能带倾斜和弯曲的影响，提高了发光二极管的发光效率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种多量子阱发光层，其特征在于，包括：
由下至上依次周期性交替层叠的Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、及混合极性垒层；所述混合极性垒层包括Ga极性垒层与N极性垒层，所述Ga极性垒层与所述N极性垒层由下至上依次周期性交替层叠以形成超晶格结构；
所述Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、Ga极性垒层及N极性垒层均为AlxInyGaN层，其中，0≤x≤0.6，0≤y≤0.4。
2.根据权利要求1所述的多量子阱发光层，其特征在于，
所述Ga极性阱层为Alx1Iny1GaN层；
所述Ga极性垒层与所述N极性垒层为组分相同、极性不同的Alx2Iny2GaN层，其中，x1＜x2， y2＜y1。
3.根据权利要求2所述的多量子阱发光层，其特征在于，
0≤x1≤0.4，0≤y1≤0.4；0≤x2≤0.6，0≤y2≤0.2。
4.根据权利要求1所述的多量子阱发光层，其特征在于，
所述混合极性垒层的厚度为7nm~12nm。
5.根据权利要求4所述的多量子阱发光层，其特征在于，
所述Ga极性阱层的厚度为2.5nm~4nm；
所述Ga极性垒层的厚度为0.5nm~6nm；
所述N极性垒层的厚度为0.5nm~6nm。
6.根据权利要求1所述的多量子阱发光层，其特征在于，
所述混合极性垒层的交替层叠周期范围为：1~12；
所述多量子阱发光层的交替层叠周期范围为：4~16。
7.根据权利要求1所述的多量子阱发光层，其特征在于，
所述Ga极性渐变阱前保护层为Al组分、In组分由垒层渐变至阱层的Alx3Iny3GaN层，其中，0≤x3≤0.6，0≤y3≤0.4，厚度为0.5nm~2.5nm。
8.根据权利要求1所述的多量子阱发光层，其特征在于，
所述Ga极性渐变阱后保护层为Al组分、In组分由阱层渐变至垒层的Alx4Iny4GaN层，其中，0≤x4≤0.6，0≤y4≤0.4，厚度为0.5nm~2.5nm。
9.一种发光二极管，包括衬底、以及由下至上依次设于所述衬底上的N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、P型半导体层，其特征在于，所述多量子阱发光层为上述权利要求1-8任意一项所述的多量子阱发光层。
10.一种发光二极管制备方法，其特征在于，用于制备权利要求9所述的发光二极管，所述方法包括：
获取一衬底；
在所述衬底上依次生长N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、以及P型半导体层；
其中，生长所述多量子阱发光层的方法包括：
在所述低温应力释放层上依次周期性交替生长Ga极性渐变阱前保护层、Ga极性阱层、Ga极性渐变阱后保护层、以及混合极性垒层；
其中，生长所述混合极性垒层的方法包括：
在所述Ga极性渐变阱后保护层上依次周期性交替生长Ga极性垒层与N极性垒层。
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