CN116314502A - 高光效发光二极管外延片及其制备方法、led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高光效发光二极管外延片及其制备方法、LED芯片，该外延片包括：衬底、缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层，有源层包括量子阱层和量子垒层组成的超晶格结构，量子阱层包括第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层和第四量子阱子层，第一量子阱子层为N型AlaInbN层，第二量子阱子层为AlmInnGa1‑m‑ nN层，第三量子阱子层为P型AlxInyN层，第四量子阱子层为AlzGa1‑zN层。本发明降低了量子阱层极化电场效应，提高电子与空穴波函数的交叠，提升量子阱层辐射复合效率，提升了光效。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种高光效发光二极管外延片及其制备方法、LED芯片。
背景技术
目前，Ⅲ族氮化物LED在市场内的主要应用为固态照明和LED液晶显示背光源，随着InGaN薄膜的逐渐发展目前其商业化程度逐渐的提升，Ⅲ族氮化物LED在可见光领域已经日趋成熟，而其在其他领域的研究与应用却亟待提高。近年来，紫外LED（UV LED）应用逐渐的拓展，其应用于紫外固化不仅提高了器件寿命，同时也可以提高固化速度。并且Ⅲ族氮化物紫外LED具有无毒、无害、环境友好等特性，受到了人们广泛关注。
尽管紫外LED有众多的优势，但是Ⅲ族氮化物的紫外LED目前的研究并不成熟，其发光效率仍然较低，大功率的发光器件制备困难，这些都限制了Ⅲ族氮化物的紫外LED在市场上的应用。AlGaN材料存在的极化效应会形成较强的内电场。这将导致量子阱中电子和空穴波函数的空间分离，也会阻碍载流子向量子阱中注入，使辐射复合效率降低，降低了紫外发光二极管的光电转化效率，影响光效。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种高光效发光二极管外延片及其制备方法、LED芯片，目的在于降低量子阱层极化电场效应，提高电子与空穴波函数的交叠，提升量子阱层辐射复合效率，提升发光二极管的光电转化效率。
本发明提供了一种高光效发光二极管外延片，包括：衬底，在所述衬底上依次沉积的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层，所述有源层包括量子阱层和量子垒层组成的超晶格结构，所述量子阱层包括依次沉积的第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层和第四量子阱子层，所述第一量子阱子层为N型AlaInbN层，所述第二量子阱子层为AlmInnGa1-m-nN层，所述第三量子阱子层为P型AlxInyN层，所述第四量子阱子层为AlzGa1-zN层。
进一步的，上述高光效发光二极管外延片，其中，所述第一量子阱子层中Al组分为0.01~0.9，In组分为0.01~0.1，且沿外延层沉积方向Al组分逐渐降低，In组分逐渐升高；所述第二量子阱子层中Al组分为0.01~0.2，In组分为0.01~0.1；所述第三量子阱子层中Al组分为0.01~0.9，In组分为0.01~0.1，且沿外延层沉积方向Al组分逐渐升高，In组分逐渐降低；所述第四量子阱子层中Al组分为0.01~1。
进一步的，上述高光效发光二极管外延片，其中，所述量子阱层的厚度为1 nm ~10nm，所述第一量子阱子层/所述第二量子阱子层/所述第三量子阱子层/所述第四量子阱子层的厚度比为1:1:1:1~1:10:1:1。
进一步的，上述高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述第一量子阱子层Si掺杂浓度为1E+16 atoms/cm3~1E+18 atoms/cm3，所述第三量子阱子层Mg掺杂浓度为1E+17atoms/cm3~1E+19 atoms/cm3。
进一步的，上述高光效发光二极管外延片，其中，所述有源层包括周期性交替沉积的量子阱层和量子垒层，周期数1~20个。
本发明还公开了一种高光效发光二极管外延片的制备方法，包括步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上沉积缓冲层，
在缓冲层上沉积非掺杂AlGaN层；
在非掺杂AlGaN层上沉积N型AlGaN层；
在N型AlGaN层上沉积有源层；
在有源层上沉积电子阻挡层；
在电子阻挡层上沉积P型AlGaN层；
在P型AlGaN层上沉积P型接触层；
其中，所述有源层包括量子阱层和量子垒层组成的超晶格结构，所述量子阱层包括依次沉积的第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层和第四量子阱子层，所述第一量子阱子层为N型AlaInbN层，所述第二量子阱子层为AlmInnGa1-m-nN层，所述第三量子阱子层为P型AlxInyN层，所述第四量子阱子层为AlzGa1-zN层。
进一步的，上述高光效发光二极管外延片的制备方法，其中，所述第一量子阱子层的生长温度为800℃~1050℃，且沿外延层生长方向上生长温度逐渐降低，降温速率为10℃/min ~150℃/min；所述第二量子阱子层的生长温度为800℃~950℃；所述第三量子阱子层的生长温度为800℃~1100℃，且沿外延层生长方向上生长温度逐渐升高，升温速率10℃/min~150℃/min；所述第四量子阱子层的生长温度为900℃~1100℃。
进一步的，上述高光效发光二极管外延片的制备方法，所述第一量子阱子层、所述第二量子阱子层、所述第三量子阱子层和所述第四量子阱子层均在N2和NH3的混合气氛中生长，且N2和NH3的比例为1:1~1:10。
进一步的，上述高光效发光二极管外延片的制备方法，第一量子阱子层/第二量子阱子层/第三量子阱子层/第四量子阱子层生长压力50 torr ~300 torr。
本发明还公开了一种LED芯片，包括上述任一项所述的高光效发光二极管外延片。
本发明中的高光效发光二极管外延片，其量子阱层包括第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层、第四量子阱子层，第一量子阱子层中通过Al、In组分的加入，减少了与第二量子阱子层的晶格失配，提高第二量子阱子层的晶体质量，同时第一量子阱子层为N型掺杂，减少量子阱层产生的压电极化效应，提高量子阱子层的发光效率。第二量子阱子层中引入Ga组分，提高了量子阱的局域化效应，使电子与空穴更容易被量子阱捕获并复合发光，并降低位错捕获而发生非辐射复合的几率。第三量子阱子层为P型掺杂，同样通过掺杂降低量子阱层的极化效应。第四量子阱子层则是将前面生长的第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层覆盖住，以限制量子阱层中的Al、In组分沿外延层扩散，提高量子阱局域化效应，同时保证量子阱层形成一个较光滑表面，减少缺陷，改善空穴的注入效率。本发明中的高光效发光二极管外延片，降低了量子阱层极化电场效应，提高电子与空穴波函数的交叠，提升量子阱层辐射复合效率，提升了发光二极管的光电转化效率。
附图说明
图1为本发明实施例中高光效发光二极管外延片的结构示意图；
图2为本发明实施例中高光效发光二极管外延片的制备方法的流程图。
主要元件符号说明：
100：衬底、200：缓冲层、300：非掺杂AlGaN层、400：N型AlGaN层、500：有源层、600：电子阻挡层、700：P型AlGaN层、800：P型接触层、510：量子阱层、520：量子垒层、511：第一量子阱子层、512：第二量子阱子层、513：第三量子阱子层、514：第四量子阱子层。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明发明。
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。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
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。
实施例1
请参阅图1，所示为本发明实施例1中的高光效发光二极管外延片，包括衬底100，在该衬底100上依次沉积的缓冲层200、非掺杂AlGaN层300、N型AlGaN层400、有源层500、电子阻挡层600、P型AlGaN层700和P型接触层800。
其中，该有源层500为量子阱层510和量子垒层520组成的超晶格结构，量子阱层510和量子垒层520交替沉积，堆叠周期数为1~20个。具体的，本实施例中，堆叠周期数为11个。
该量子阱层510包括依次沉积的第一量子阱子层511、第二量子阱子层512、第三量子阱子层513和第四量子阱子层514。该量子阱层510的厚度为1~10 nm，第一量子阱子层511/第二量子阱子层512/第三量子阱子层513/第四量子阱子层514的厚度比为1:1:1:1~1:10:1:1。具体的，如本实施例中，量子阱层510的厚度为5 nm，第一量子阱子层511/第二量子阱子层512/第三量子阱子层513/第四量子阱子层514厚度比为1:7:1:1。
其中，该第一量子阱子层511为N型AlaInbN层，该第二量子阱子层512为AlmInnGa1-m-nN层，该第三量子阱子层513为P型AlxInyN层，该第四量子阱子层514为AlzGa1-zN层。
第一量子阱子层511中通过Al、In组分的加入，减少了与第二量子阱子层512的晶格失配，提高第二量子阱子层512的晶体质量，同时第一量子阱子层511为N型掺杂，减少量子阱层产生的压电极化效应，提高量子阱子层的发光效率。第二量子阱子层512中引入Ga组分，提高了量子阱的局域化效应，使电子与空穴更容易被量子阱捕获并复合发光，并降低位错捕获而发生非辐射复合的几率。第三量子阱子层513为P型掺杂，同样通过掺杂降低量子阱层的极化效应。第四量子阱子层514则是将前面生长的第一量子阱子层511、第二量子阱子层512、第三量子阱子层513覆盖住，以限制量子阱层中的Al、In组分沿外延层扩散，提高量子阱局域化效应，同时保证量子阱层形成一个较光滑表面，减少缺陷，改善空穴的注入效率。
进一步的，该第一量子阱子层即AlaInbN层中Al组分为0.01~0.9，In组分为0.01~0.1，且沿外延层沉积方向Al组分逐渐降低，In组分逐渐升高。该第二量子阱层中Al组分为0.01~0.2，In组分为0.01~0.1。
具体实施时，第一量子阱子层511中Al组分和In组分浓度渐变至第二量子阱层512中组分相同，通过Al/In组分调配，使得AlaInbN层的晶格常数与N型AlGaN层400和第二量子阱子层512晶格常数相近，减少N型AlGaN层400与第二量子阱子层512的晶格失配，提高第二量子阱子层512的晶体生长质量。如本实施例中，第二量子阱子层512中，Al组分为0.1，In组分为0.06；第一量子阱子层511沿外延层沉积方向上，Al组分由0.4逐渐降低至0.1，In组分沿外延层方向由0逐渐升高0.06。
该第一量子阱子层511掺杂Si，Si掺杂浓度范围可以为1E+16 atoms/cm3~1E+18atoms/cm3，掺杂Si的目的在于可以屏蔽由极化电场引起的内部电场，降低量子限制斯塔克效应(QCSE)，提高电子和空穴的空间重叠度。本实施例中，该第一量子阱子层511中Si掺杂浓度为1E+17 atoms/cm3。
该第三量子阱子层513中Al组分为0.01~0.9，In组分为0.01~0.1，且沿外延层沉积方向Al组分逐渐升高，In组分逐渐降低。第四量子阱子层514中，Al组分为0.01~1。具体实施时，第三量子阱子层513中Al组分和In组分浓度渐变至与第四量子阱层514中组分相同，以减少与第四量子阱子层514的晶格失配，降低极化，提高后续量子阱盖层的晶体质量。如本实施例中，第四量子阱子层514中，Al组分为0.25，In组分为0，第三量子阱子层513中，Al组分沿外延层沉积方向由0.1逐渐升高至0.25，In组分沿外延层方向由0.06逐渐降低0。
该第三量子阱子层513掺杂Mg，Mg掺杂浓度范围可以为1E+17 atoms/cm3~1E+19atoms/cm3，由于空穴产生的数量小于电子的数量，第三量子阱层掺Mg，可以补充量子阱复合的空穴的数量，提高量子阱的发光效率。具体的，本实施例中，第三量子阱子层513中Mg掺杂浓度为5E+17 atoms/cm3。
该缓冲层200为AlN层，本实施例中，其厚度为100 nm。
该非掺杂AlGaN层300中，Al组分为0.01~0.5，如本实施例中，Al组分为0.25，该非掺杂AlGaN层为Al0.25Ga0.75N层。该层的厚度为1~5 um，本实施例中，其厚度为0.25 um。随着AlGaN厚度的增加，压应力会通过堆垛层错释放，线缺陷减少，晶体质量提高，反向漏电降低，但提高AlGaN层厚度对MO源（金属有机源）材料消耗较大，大大提高了发光二极管的外延成本，因此发光二极管外延片通常非掺杂AlGaN层生长2~3 um，不仅节约生产成本，而且GaN材料又具有较高的晶体质量。
该N型AlGaN层400中，Al组分为0~0.5，Si掺杂浓度为1E+19 atoms/cm3~5E+20atoms/cm3，厚度为1 um ~5 um。本实施例中，N型AlGaN层400生长厚度为2 um ~3 um，Si掺杂浓度为2.5E+19 atoms/cm3。N型掺杂的AlGaN层为LED发光提供充足电子与空穴发生复合，且N型掺杂的AlGaN层的电阻率要比P型GaN层或P型AlGaN层上的透明电极的电阻率高，因此足够的Si掺杂，可以有效的降低N型GaN层电阻率，并且N型掺杂的AlGaN层足够的厚度可以有效释放应力并提升发光二极管的发光效率。
该电子阻挡层600为AlGaN层，其Al组分为0.1~1，厚度为10~100 nm。本实施例中，该电子阻挡层为Al0.3Ga0.7N层，厚度为30 nm，其中Ga组分为0.7。该电子阻挡层600既可以有效地限制电子溢流，也可以减少对空穴的阻挡，提升空穴向量子阱的注入效率，减少载流子俄歇复合，提高发光二极管的发光效率。
该P型AlGaN层700中，Al组分为0.01~0.5，Mg掺杂浓度1E+19 atoms/cm3~5E+20atoms/cm3。如本实施例中，P型AlGaN层700为Al0.2Ga0.8N层，厚度为100nm，Mg掺杂浓度5E+19atoms/cm3，Mg掺杂浓度过高会破坏晶体质量，而掺杂浓度较低则会影响空穴浓度。同时，P型掺杂的AlGaN层可以有效填平外延层，得到表面光滑的深紫外LED外延片。
该P型接触层800为AlGaN层，Al组分为0.01~0.5，生长压力100 torr ~600 torr，Mg掺杂浓度5E+19 atoms/cm3~5E+20 atoms/cm3。具体地，本实施例中，该P型接触层800为掺杂的Al0.2Ga0.8N层，厚度10nm， Mg掺杂浓度1E+20 atoms/cm3，高掺杂浓度的P型AlGaN 接触层降低接触电阻。
请参阅图2，为本发明实施例中的高光效发光二极管外延片的制备方法，包括步骤S01~S08。
步骤S01，提供一衬底。
该衬底可选用衬底选自(0001)面蓝宝石衬底、AlN衬底、Si (111)衬底、SiC(0001)衬底等均可。
具体地，本实施例中，还底选用蓝宝石衬底，蓝宝石是目前最常用的衬底材料，蓝宝石衬底具有制备工艺成熟、价格较低、易于清洗和处理，高温下有很好的稳定性。
步骤S02，在所述衬底上沉积缓冲层。
具体地，选用在PVD中沉积AlN缓冲层，其厚度为100 nm，采用AlN缓冲层提供了与衬底取向相同的成核中心，释放了AlGaN和衬底之间的晶格失配产生的应力以及热膨胀系数失配所产生的热应力，进一步的生长提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角使岛状生长的GaN晶粒在较小的厚度内能连成面，转变为二维外延生长，提高后续沉积AlGaN层晶体质量，降低位错密度，提高多量子阱层辐射复合效率。
在本实施例中，采用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition金属有机气相沉积，简称MOCVD)设备，高纯H2(氢气)、高纯N2(氮气)、高纯H2和高纯N2的混合气体中的一种作为载气，高纯NH3作为N源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铝(TMAl)作为铝源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂进行外延生长。
步骤S03，在缓冲层上沉积非掺杂AlGaN层。
可选地，在AlN缓冲层上采用金属有机物气相沉积法 (MOCVD)沉积非故意掺杂的AlGaN层，生长温度为1000℃-1300℃，生长压力50 torr ~500 torr。具体地，本实施例中，该非掺杂AlGaN层生长温度1200℃，生长压力100 torr，生长厚度2 um ~3 um。该非掺杂AlGaN层生长温度较高，压力较低，制备得到AlGaN的晶体质量较优。
步骤S04，在非掺杂AlGaN层上沉积N型AlGaN层。
可选地，在非掺杂AlGaN层沉积N型AlGaN层，生长温度为1000℃~1300℃，生长压力为80 torr ~120 torr。具体地，本实施例中，N型AlGaN层生长温度为1200℃，生长压力100torr。
步骤S05，在N型AlGaN层上沉积有源层。
该有源层量子阱层和量子垒层组成的超晶格结构，其中量子阱层包括第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层、第四量子阱子层。
可选地，第一量子阱子层为N型AlaInbN层，Al组分0.01~0.9，沿外延层沉积方向逐渐降低，In组分为0.01~0.1沿外延层方向逐渐升高，第二量子阱子层为AlmInnGa1-m-nN层，Al组分为0.01~0.2，In组分0.01~0.1，第三量子阱子层为P型AlxInyN层，Al组分0.01~0.9，沿外延层沉积方向逐渐升高，In组分0.01~0.1沿外延层方向逐渐降低，第四量子阱子层为AlzGa1-zN层，Al组分0.01~1。
可选地，第一量子阱子层生长温度800℃~1050℃，沿外延层方向逐渐降低，降温速率10℃/min ~150℃/min，第二量子阱子层生长温度800~950℃，第三量子阱子层生长温度800℃~1100℃，且沿外延层生长方向上生长温度逐渐升高，升温速率10℃/min ~150℃/min，第四量子阱子层生长温度900℃~1100℃。本实施例中，该第一量子阱子层的初始生长温度生长温度900℃，沿外延层的生长方向上逐渐降低至850℃，降温速率50℃/min，第二量子阱子层生长温度850℃，第三量子阱子层的初始生长温度850℃，升温速率100℃/min，第四量子阱子层生长温度950℃。
可选地，第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层和第四量子阱子层均在N2、NH3的混合气氛中生长，N2/NH3比例为1:1~1:10。第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层和第四量子阱子层生长压力50 torr ~300 torr。
本实施例中，该第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层和第四量子阱子层，生长气氛中N2/NH3比例为2：3，生长压力200 torr。
步骤S06，在有源层上沉积电子阻挡层。
可选地，电子阻挡层的生长温度为1000~1100℃，压力为100~300 torr。具体地，本实施例中电子阻挡层生长温度为1050℃，生长压力为200torr。
步骤S07，在电子阻挡层上沉积P型AlGaN层。
可选地，P型AlGaN层生长温度1000℃-1100℃，生长压力100 torr ~600 torr。具体地，本实施例中，该P型AlGaN层生长温度为1050℃，生长压力为200 torr。
步骤S08，在P型AlGaN层上沉积P型接触层。
可选地，P型接触层的生长温度为900℃-1100℃，生长压力为100 torr ~600torr。具体地，本实施例中，P型接触层生长温度为1050℃，生长压力为200 torr。
本发明产生的有益效果：
第一量子阱子层中沿外延层沉积方向Al组分逐渐降低，In组分逐渐升高，通过Al/In组分调配，使得AlaInbN层的晶格常数与N型AlGaN层和第二量子阱子层晶格常数相近，减少N型AlGaN层与第二量子阱子层的晶格失配，提高第二量子阱子层的晶体质量，同时第一量子阱子层为N型掺杂，减少量子阱层产生的压电极化效应提高，量子阱子层的发光效率；
第二量子阱子层AlmInnGa1-m-nN层引入Ga组分，提高量子阱的局域化效应，使电子与空穴更容易被量子阱捕获并复合发光，并降低位错捕获而发生非辐射复合的几率，第三量子阱子层沿外延层沉积方向Al组分逐渐升高，In组分逐渐降低，以减少与第四量子阱子层的晶格失配，降低极化，提高后续量子阱盖层的晶体质量，同时第三量子阱子层为P型掺杂，同样通过掺杂降低量子阱层的极化效应；
第四量子阱子层则是将第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层覆盖住，限制量子阱Al/In组分沿外延层扩散，提高量子阱局域化效应，同时保证量子阱层形成一个较光滑表面，减少缺陷，改善空穴的注入效率。
通过上述量子阱层结构的设置降低了量子阱层极化电场效应，提高电子与空穴波函数的交叠，提升量子阱层辐射复合效率，提升紫外发光二极管的光电转化效率。
实施例2
本实施例当中的高光效发光二极管外延片与实施例1中的高光效发光二极管外延片的结构基本相同，不同之处在于：
量子阱层厚度为4 nm。
实施例3
本实施例当中的高光效发光二极管外延片与实施例1中的高光效发光二极管外延片的结构基本相同，不同之处在于：
量子阱层厚度为6 nm。
实施例4
本实施例当中的高光效发光二极管外延片与实施例1中的高光效发光二极管外延片的结构基本相同，不同之处在于：
第一量子阱子层/第二量子阱子层/第三量子阱子层/第四量子阱子层厚度比为1:6:2:1。
实施例5
本实施例当中的高光效发光二极管外延片与实施例1中的高光效发光二极管外延片的结构基本相同，不同之处在于：
第一量子阱子层/第二量子阱子层/第三量子阱子层/第四量子阱子层厚度比为2:5:2:1。
实施例6
本实施例当中的高光效发光二极管外延片与实施例1中的高光效发光二极管外延片的结构基本相同，不同之处在于：
第一量子阱子层中，沿外延层沉积方向Al组分由0.3逐渐降低至0.1，In组分沿外延层方向由0.01逐渐升高0.06；第四量子阱子层中Al组分为0.3；第三量子阱子层中，Al组分沿外延层沉积方向由0.1逐渐升高至0.3。
实施例7
本实施例当中的高光效发光二极管外延片与实施例1中的高光效发光二极管外延片的结构基本相同，不同之处在于：
第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层和第四量子阱子层，生长气氛中N2/NH3比例为1：3。
实施例8
本实施例当中的高光效发光二极管外延片与实施例1中的高光效发光二极管外延片的结构基本相同，不同之处在于：
第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层和第四量子阱子层，生长气氛中N2/NH3比例为1：2，且第一量子阱子层Si掺杂浓度为1E+18 atoms/cm3，第三量子阱子层Mg掺杂浓度为5E+18 atoms/cm3。
实施例9
本实施例当中的高光效发光二极管外延片与实施例1中的高光效发光二极管外延片的结构基本相同，不同之处在于：
本实施例中量子阱层和量子垒层堆叠周期数为8，且第一量子阱子层Si掺杂浓度为1E+16 atoms/cm3，第三量子阱子层Mg掺杂浓度为1E+17 atoms/cm3。
对照例
本对照例当中的高光效发光二极管外延片与实施例1中的高光效发光二极管外延片的结构基本相同，不同之处在于：
量子阱层不设置各个子层，该量子阱子层为Al0.1Ga0.9N层。
将实施例1至实施例9，以及对照例中的产品，使用相同芯片工艺条件制备成15mil*15 mil芯片，各实施例所得的芯片分别抽取300颗LED芯片，在120 mA/ 60 mA电流下测试，测得相对于常规芯片的光效提升率如表3中所示。表1和表2为各个实施例中的结构参数，结合表 1 至表 3 的数据可以明显看出，实施例1至实施例9中的技术方案可以显著的提升光效，相对于常规芯片，本发明实施例可以提升光效1%~2%，且其他项电学性能良好，而对照例相较于常规芯片无光效提升。
表1
表2
表3
通过本发明本实施例中各个量子阱子层的结构的设计，该发光二极管可以降低量子阱层极化电场效应，提高电子与空穴波函数的交叠，提升量子阱层辐射复合效率，提升紫外发光二极管的光电转化效率。
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)
1.一种高光效发光二极管外延片，其特征在于，包括：衬底，在所述衬底上依次沉积的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层，所述有源层包括量子阱层和量子垒层组成的超晶格结构，所述量子阱层包括依次沉积的第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层和第四量子阱子层，所述第一量子阱子层为N型AlaInbN层，所述第二量子阱子层为AlmInnGa1-m-nN层，所述第三量子阱子层为P型AlxInyN层，所述第四量子阱子层为AlzGa1-zN层。
2.如权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述第一量子阱子层中Al组分为0.01~0.9，In组分为0.01~0.1，且沿外延层沉积方向Al组分逐渐降低，In组分逐渐升高；所述第二量子阱子层中Al组分为0.01~0.2，In组分为0.01~0.1；所述第三量子阱子层中Al组分为0.01~0.9，In组分为0.01~0.1，且沿外延层沉积方向Al组分逐渐升高，In组分逐渐降低；所述第四量子阱子层中Al组分为0.01~1。
3.如权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述量子阱层的厚度为1 nm ~10 nm，所述第一量子阱子层/所述第二量子阱子层/所述第三量子阱子层/所述第四量子阱子层的厚度比为1:1:1:1~1:10:1:1。
4.如权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述第一量子阱子层Si掺杂浓度为1E+16 atoms/cm3~1E+18 atoms/cm3，所述第三量子阱子层Mg掺杂浓度为1E+17atoms/cm3~1E+19 atoms/cm3。
5.如权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述有源层包括周期性交替沉积的量子阱层和量子垒层，周期数1~20个。
6.一种如权利要求1至5任意一项所述的高光效发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上沉积缓冲层，
在缓冲层上沉积非掺杂AlGaN层；
在非掺杂AlGaN层上沉积N型AlGaN层；
在N型AlGaN层上沉积有源层；
在有源层上沉积电子阻挡层；
在电子阻挡层上沉积P型AlGaN层；
在P型AlGaN层上沉积P型接触层；
其中，所述有源层包括量子阱层和量子垒层组成的超晶格结构，所述量子阱层包括依次沉积的第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层和第四量子阱子层，所述第一量子阱子层为N型AlaInbN层，所述第二量子阱子层为AlmInnGa1-m-nN层，所述第三量子阱子层为P型AlxInyN层，所述第四量子阱子层为AlzGa1-zN层。
7.如权利要求6所述的高光效发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述第一量子阱子层的生长温度为800℃~1050℃，且沿外延层生长方向上生长温度逐渐降低，降温速率为10℃/min ~150℃/min；所述第二量子阱子层的生长温度为800℃~950℃；所述第三量子阱子层的生长温度为800℃~1100℃，且沿外延层生长方向上生长温度逐渐升高，升温速率10℃/min ~150℃/min；所述第四量子阱子层的生长温度为900℃~1100℃。
8.如权利要求6所述的高光效发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述第一量子阱子层、所述第二量子阱子层、所述第三量子阱子层和所述第四量子阱子层均在N2和NH3的混合气氛中生长，且N2和NH3的比例为1:1~1:10。
9.如权利要求6所述的高光效发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，第一量子阱子层/第二量子阱子层/第三量子阱子层/第四量子阱子层生长压力50 torr ~300 torr。
10.一种LED芯片，其特征在于，包括权利要求1~5任一项所述的高光效发光二极管外延片。
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