CN116387425B - 一种多量子阱led外延结构、led芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多量子阱LED外延结构、LED芯片及其制备方法，属于发光二极管技术领域，该外延结构包括沿生长方向依次设置的衬底、第一半导体层、有源层、电子阻挡层和第二半导体层；有源层包括交替排列的多个AlInGaN量子阱层和多个AlGaN量子垒层；AlInGaN量子阱层内部沿生长方向Al的含量递增，In的含量小于Al的含量；AlInGaN量子阱层中Al的含量和In的含量之和为恒定值。本发明提供的LED外延结构电子空穴有效复合率高，能有效提高内部量子效率和发光功率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，特别涉及一种多量子阱LED外延结构、LED芯片及其制备方法。
背景技术
发光二极管（LED，Light Emitting Diode）是一种外延固体发光器件，通过在器件两端加载正向电压，电子和空穴在有源区复合产生大量光子，电能转化为光能。然而现有的氮化镓基LED外延结构中存在电子和空穴的有效辐射复合率低，导致内部量子效率和发光功率低的问题。
因此，急需提供一种电子空穴有效复合率高的LED外延结构。
发明内容
针对现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种多量子阱LED外延结构、LED芯片及其制备方法，本发明提供的LED外延结构电子空穴有效复合率高，能有效提高内部量子效率和发光功率。
第一方面，本发明提供了一种多量子阱LED外延结构，所述外延结构包括沿生长方向依次设置的第一半导体层、有源层、电子阻挡层和第二半导体层；
所述有源层包括交替排列的多个AlInGaN量子阱层和多个AlGaN量子垒层；所述AlInGaN量子阱层内部沿生长方向Al的含量递增，In的含量小于Al的含量；所述AlInGaN量子阱层中Al的含量和In的含量之和为恒定值。
优选地，AlInGaN量子阱层内部沿生长方向Al的含量呈线性增大。
优选地，所述AlInGaN量子阱层中Al的含量小于所述AlGaN量子垒层中Al的含量。
优选地，所述AlInGaN量子阱层中Al的含量为50~60%，In的含量为6~20%；
每个所述AlInGaN量子阱层的厚度为5~10nm。
优选地，所述AlGaN量子垒层中Al的含量为69~79%；
每个所述AlGaN量子垒层的厚度为10~20nm。
优选地，所述电子阻挡层为P型掺杂的AlGaN层。
优选地，所述衬底上设置有纳米级微结构；所述纳米级微结构呈阵列结构分布。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的LED外延结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
在衬底上依次生长第一半导体层、有源层、电子阻挡层和第二半导体层；
所述有源层包括交替排列的多个AlInGaN量子阱层和多个AlGaN量子垒层；所述AlInGaN量子阱层内部沿生长方向Al的含量递增，In的含量小于Al的含量；所述AlInGaN量子阱层中Al的含量和In的含量之和为恒定值。
第三方面，本发明提供了一种LED芯片，包括第一方面所述的LED外延结构。
优选地，所述LED芯片还包括设置在所述第一半导体层远离所述衬底一侧的第一电极和设置在所述第二半导体层远离所述衬底一侧的第二电极。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
本发明通过在采用沿生长方向Al的含量递增的AlInGaN量子阱层，相比采用恒定含量的Al的含量的AlInGaN量子阱层，导带中量子阱相对平坦，可有效减少电子空穴波函数的分离，提高电子和空穴的交叠率，进而提升电子和空穴的有效辐射复合率，提高内部量子效率和发光功率；此外，采用Al的含量逐渐增大AlInGaN量子阱层，可以提高电子的有效势垒高度和降低空穴的有效势垒高度，提高量子势垒及电子阻挡层的带隙宽度，将更多的电子限制在量子阱中，有效防止电子的泄露；进一步地，AlInGaN量子阱层中In组分的引入使得量子阱中晶体的微观结构发生变化，In组分含量的变化形成不均匀分布的低势能区，能够在量子阱中形成In团簇辐射复合中心，可以加强对载流子的捕获能力，提高发光效率；本发明提供的LED外延结构电子空穴有效复合率高，能有效提高内部量子效率和发光功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的LED外延结构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的LED外延结构中有源层的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的LED外延结构中沿生长方向最后一个AlGaN量子垒层的一种结构示意图；
图4是本发明实施例提供的LED外延结构中沿生长方向最后一个AlGaN量子垒层的另一种结构示意图；
图5是本发明实施例提供的LED芯片的结构示意图；
其中，1-第一半导体层；2-有源层；21-AlGaN量子垒层；211-第一AlGaN子层；212-第二AlGaN子层；22-AlInGaN量子阱层；3-电子阻挡层；4-第二半导体层；5-衬底；6-导电层；7-绝缘层；8-第二电极；9-第一电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，本发明提供了一种多量子阱LED外延结构，所述外延结构包括沿生长方向依次设置的第一半导体层1、有源层2、电子阻挡层3和第二半导体层4；
所述有源层2包括交替排列的多个AlInGaN量子阱层22和多个AlGaN量子垒层21；所述AlInGaN量子阱层22内部沿生长方向Al的含量递增，In的含量小于Al的含量；所述AlInGaN量子阱层22中Al的含量和In的含量之和为恒定值。
需要说明的是，本发明AlInGaN量子阱层22内部沿生长方向Al的含量递增，可以是将AlInGaN量子阱层22内部分为厚度相同的若干部分，沿生长方向，各部分之间的Al的含量在预设范围内递增；至于分为多少部分，可根据具体情况进行调整；例如，第一部分Al的含量为50%、第二部分Al的含量为52%、第三部分Al的含量为54%、第四部分Al的含量为56%、第五部分Al的含量为58%、第六部分Al的含量为60%，但不仅限于此种递增方式；还可以是AlInGaN量子阱层22内部沿生长方向Al的含量在预设范围内呈线性增加，例如，AlInGaN量子阱层22内部Al的含量由50-60%呈线性增加。
有源层2中AlInGaN量子阱层22和AlGaN量子垒层21交替排列，沿生长方向，第一层为AlGaN量子垒层21；相比采用恒定含量的Al的含量的AlInGaN量子阱层22，采用沿生长方向Al的含量递增的AlInGaN量子阱层22，导带中量子阱相对平坦，可有效减少电子空穴波函数的分离，提升电子和空穴的交叠率，进而提高电子和空穴的有效辐射复合率，提高内部量子效率和发光功率；此外，Al的含量递增的AlInGaN量子阱层22可以提高电子的有效势垒高度和降低空穴的有效势垒高度，提高量子势垒及电子阻挡层3的带隙宽度，将更多的电子限制在量子阱中，有效防止电子的泄露；进一步地，AlInGaN量子阱层22中In组分的引入使得量子阱中晶体的微观结构发生变化，将AlInGaN量子阱层22中Al的含量和In的含量之和设置为恒定值，在Al含量变化的情况下，In组分含量的变化会形成不均匀分布的低势能区，能够在量子阱中形成In团簇辐射复合中心，可以加强对载流子的捕获能力，提高发光效率；本发明提供的LED外延结构电子空穴有效复合率高，能有效提高内部量子效率和发光功率。
在一些优选的实施方式中，AlInGaN量子阱层内部沿生长方向Al的含量呈线性增大。
采用沿生长方向Al的含量线性增大的AlInGaN量子阱层22，导带中量子阱相对更平坦，可有效减少电子空穴波函数的分离，提升电子和空穴的交叠率，进而提高电子和空穴的有效辐射复合率，提高内部量子效率和发光功率；此外，Al的含量线性增大的AlInGaN量子阱层22可以进一步提高电子的有效势垒高度和降低空穴的有效势垒高度，提高量子势垒及电子阻挡层3的带隙宽度，将更多的电子限制在量子阱中，有效防止电子的泄露。
在一些优选的实施方式中，所述AlInGaN量子阱层22中Al的含量小于所述AlGaN量子垒层中Al的含量。
在一些优选的实施方式中，所述AlInGaN量子阱层22中Al的含量为50~60%，In的含量为6~20%；AlInGaN量子阱层22中的Al的含量可以为50~60%中的任一个值，In的含量可以为6~20%中的任一个值。
每个所述AlInGaN量子阱层的厚度为5~10nm；AlInGaN量子阱层22的厚度可以为5~10nm中的任一厚度。
在一些优选的实施方式中，所述AlGaN量子垒层21中Al的含量为69~79%；AlGaN量子垒层21中Al的含量可以为69~79%中任一个值；每个所述AlGaN量子垒层的厚度为10~20nm，AlGaN量子垒层2的厚度可以为10~20nm中的任一厚度。
需要说明的是，本发明AlInGaN量子阱层中Al的含量指的是Al原子摩尔数占Al、In和Ga三种原子总摩尔数的比，In的含量指的是In原子摩尔数占Al、In和Ga三种原子总摩尔数的比；AlGaN量子垒层中Al的含量指的是Al原子摩尔数占Al和Ga两种原子总摩尔数的比。
在一些优选的实施方式中，所述AlGaN量子垒层21比所述AlInGaN量子阱层22多一层；沿生长方向，最后一个所述AlGaN量子垒层21的厚度大于其他任一个所述AlGaN量子垒层21；优选为最后一个AlGaN量子垒层21的厚度不小于其他任意一个AlGaN量子垒层21厚度的2倍；本发明沿生长方向，最后一个AlGaN量子垒层21的厚度增大（大于其他任一个AlGaN量子垒层21），不仅可以增高导带中电子的有效势垒，降低电子泄漏到p区的可能；还可以降低价带中空穴的有效势垒，提高空穴的注入效率，增大空穴浓度，进而提高内量子效率及光输出功率。
在一些更优选的实施方式中，沿生长方向，最后一个所述AlGaN量子垒层21包括依次生长的第一AlGaN子层211和第二AlGaN子层212；所述第一AlGaN子层211的Al的含量大于所述第二AlGaN子层的Al的含量212；所述第一AlGaN子层211的Al的含量不大于其他任一个所述AlGaN量子垒层21，优选为第一AlGaN子层211的Al的含量与除沿生长方向最后一个AlGaN量子垒层21以外的其他任一AlGaN量子垒层21的Al的含量相同。
在一些更优选的实施方式中，所述第一AlGaN子层211和所述第二AlGaN子层212的厚度不同。
在保证沿生长方向的最后一个AlGaN量子垒层21的厚度增大（大于其他任一个AlGaN量子垒层21）的基础上，将最后一个AlGaN量子垒层21的设置成包括含量和厚度均不同的两个AlGaN子层，能更大幅度地增高电子的有效势垒和降低空穴的有效势垒，更有效降低电子的泄漏，提高空穴的注入效率，增大空穴浓度，进而提高内量子效率及光输出功率。
在一些更优选的实施方式中，所述第一AlGaN子层211的厚度小于所述第二AlGaN子层212的厚度，优选为所述第一AlGaN子层211的厚度不大于所述第二AlGaN子层212的厚度的二分之一。
相比第一AlGaN子层211（Al的含量大）的厚度大于的第二AlGaN子层212（Al的含量小）的情况，最后一个AlGaN量子垒层21中设置第一AlGaN子层211（Al的含量大）的厚度小于的第二AlGaN子层212（Al的含量小），具有更好的电子限制作用和更高的空穴注入效率，更高的电子空穴波函数交叠率，更有利于载流子的有效复合。
在一些优选的实施方式中，所述电子阻挡层3为P型掺杂的AlGaN层；优选为P型掺杂的AlGaN层中Al元素的含量大于AlGaN量子垒层21中Al的含量；铝元素的掺杂扩大了GaN材料带隙宽度，能够提高量子势垒以及电子阻挡层3的带隙宽度，能更有效地将更多的电子限制在量子阱中。
在一些优选的实施方式中，所述衬底5上设置有纳米级微结构；所述纳米级微结构呈阵列结构分布。
通过在衬底5上设置有纳米级微结构，提高芯片的出光强度和出光效率；本发明对纳米微结构的形状和尺寸不做具体限定，可以为在衬底5的表面设置凸起结构，例如，可以为半球形凸起，圆柱形凸起等；也可以在衬底5的表面设置凹陷结构，例如，可以为半球形凹陷，圆柱形凹陷等；相比使用普通衬底（未设置微结构），使用具有纳米级微结构的衬底5，可以大幅度提高芯片的出光强度和出光效率。
在一些优选的实施例中，一种LED外延结构包括沿生长方向依次设置的衬底5、第一半导体层1、有源层2、电子阻挡层3和第二半导体层4；有源层2包括交替排列的多个AlInGaN量子阱层22和多个AlGaN量子垒层21；将每个AlInGaN量子阱层22内部分为厚度相同的若干部分，沿生长方向，各部分之间的Al的含量递增，In的含量小于Al的含量；AlInGaN量子阱层22中Al的含量和In的含量之和为恒定值；AlGaN量子垒层21比AlInGaN量子阱层22多一层；沿生长方向，最后一个所述AlGaN量子垒层21包括依次生长的第一AlGaN子层211和第二AlGaN子层212；第一AlGaN子层211的厚度小于第二AlGaN子层212的厚度；第一AlGaN子层211的Al的含量大于第二AlGaN子层212的Al的含量，第一AlGaN子层211的Al的含量等于沿生长方向除最后一层外其他AlGaN量子垒层21的Al的含量；衬底5上设置有呈阵列分布的纳米微结构。
在另一些优选的实施例中，一种LED外延结构包括沿生长方向依次设置的衬底5、第一半导体层1、有源层2、电子阻挡层3和第二半导体层4；有源层2包括交替排列的多个AlInGaN量子阱层22和多个AlGaN量子垒层21；AlInGaN量子阱层22内部Al的含量呈线性增加，In的含量小于Al的含量；AlInGaN量子阱层22中Al的含量和In的含量之和为恒定值；AlGaN量子垒层21比AlInGaN量子阱层22多一层；沿生长方向，最后一个所述AlGaN量子垒层21包括依次生长的第一AlGaN子层211和第二AlGaN子层212；第一AlGaN子层211的厚度大于第二AlGaN子层212的厚度；第一AlGaN子层211的Al的含量大于第二AlGaN子层212的Al的含量，第一AlGaN子层211的Al的含量等于沿生长方向除最后一层外其他AlGaN量子垒层21的Al的含量；衬底5上设置有呈阵列分布的纳米微结构。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的LED外延结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
在衬底5上依次生长第一半导体层1、有源层2、电子阻挡层3和第二半导体层4；
所述有源层2包括交替排列的多个AlInGaN量子阱层22和多个AlGaN量子垒层21；所述AlInGaN量子阱层22内部沿生长方向Al的含量递增，In的含量小于Al的含量；所述AlInGaN量子阱层22中Al的含量和In的含量之和为恒定值。
如图5，第三方面，本发明提供了一种LED芯片，包括第一方面所述的LED外延结构。
在一些优选的实施方式中，所述LED芯片还包括设置在所述第一半导体层1远离所述衬底5一侧的第一电极9和设置在所述第二半导体层4远离所述衬底5一侧的第二电极8。
本发明LED芯片还包括导电层6和绝缘层7；导电层6位于第二半导体层4和第二电极8之间；导电层6比第二半导体层4尺寸略小，以免短路；绝缘层7设置在外延结构表面，以免漏电；绝缘层7设置有裸露第二电极8和第一电极9的缺口；本发明导电层6对于导电层6和绝缘层7的材料不做具体限定，在一些具体实施例中，导电层6优选为氧化铟锡（ITO），绝缘层7优选为二氧化硅层。
本发明LED芯片的制备方法包括如下步骤：采用刻蚀工艺刻蚀外延结构至第一半导体层1，使第一半导体层1部分裸露，然后在第一半导体层1的裸露部分蒸镀第一电极9，在所述第二半导体层4上蒸镀第二电极8；所述外延结构包括沿生长方向依次设置的衬底5、第一半导体层1、有源层2、电子阻挡层3和第二半导体层4；所述有源层2包括交替排列的多个AlInGaN量子阱层22和多个AlGaN量子垒层21；所述AlInGaN量子阱层22内部沿生长方向Al的含量递增，In的含量小于Al的含量；所述AlInGaN量子阱层22中Al的含量和In的含量之和为恒定值。
在一些优选的实施方式中，在所述第二半导体层4上蒸镀第二电极8之前，还包括在所述第二半导体层4上沉积导电层6，然后进行退火的步骤，以提高电流扩展效应和均匀性；在蒸镀第一电极9和第二电极8之后还包括在外延结构表面蒸镀绝缘层7、开孔露出电极的步骤；本发明对于开孔方式不做具体限定，开孔方式可选择干法刻蚀或湿法腐蚀等。
为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面结合实施例对本发明作进一步说明。
需要说明的是，本发明芯片的电子空穴波函数的平均交叠率、电子的有效势垒高度和空穴的有效势垒高度由在电流密度为100A/cm2时测量各实施例和对比例芯片的能带图得到；电子的有效势垒越高说明防电子泄露效果越好；空穴的有效势垒越低，越有利于提高空穴的注入；电子和空穴的交叠率越高，越有利于提高电子和空穴的有效辐射复合率。
实施例1
一种LED芯片，包括沿生长方向依次设置的衬底5（蓝宝石衬底）、第一半导体层1（n-GaN）、有源层2、电子阻挡层3（p型掺杂的AlGaN层）和第二半导体层4（p-GaN），设置在第一半导体层1远离衬底5一侧裸露部分的第一电极9和设置在第二半导体层4远离衬底5一侧的第二电极8，以及设置在第二半导体层4和第二电极8之间的导电层6（ITO）和设置在外延结构表面蒸镀绝缘层7（二氧化硅层，上面设置有裸露第一电极9和第二电极8的缺口）；有源层2由交替排列的3个AlInGaN量子阱层22（厚度为6nm） 和4个AlGaN量子垒层21（厚度为15nm，Al的含量为79%）；其中，每个AlInGaN量子阱层22分为厚度为1nm的6个部分，且沿生长方向，各部分Al的含量依次为50%、52%、54%、56%、58%、60%，In的含量依次为18%、16%、14%、12%、10%、8%；该芯片外延结构有源区中电子空穴波函数的平均交叠率为78.8%，电子的有效势垒高度为544.7meV，空穴的有效势垒高度为457.1meV。
实施例2
一种LED芯片，包括沿生长方向依次设置的衬底5（蓝宝石衬底）、第一半导体层1（n-GaN）、有源层2、电子阻挡层3（p型掺杂的AlGaN层）和第二半导体层4（p-GaN），设置在第一半导体层1远离衬底5一侧裸露部分的第一电极9和设置在第二半导体层4远离衬底5一侧的第二电极8，以及设置在第二半导体层4和第二电极8之间的导电层6（ITO）和设置在外延结构表面蒸镀绝缘层7（二氧化硅层，上面设置有裸露第一电极9和第二电极8的缺口）；有源层2由交替排列的3个AlInGaN量子阱层22（厚度为6nm）和4个AlGaN量子垒层21（厚度为15nm，Al的含量为79%）；其中每个AlInGaN量子阱层22中沿生长方向Al的含量由50-60%呈线性增加，Al和In的总含量之和为68%；该芯片外延结构有源区中电子空穴波函数的平均交叠率为80.5%，电子的有效势垒高度为675.2meV，空穴的有效势垒高度为443.5meV。
实施例3
一种LED芯片，包括沿生长方向依次设置的衬底5（蓝宝石衬底）、第一半导体层1（n-GaN）、有源层2、电子阻挡层3（p型掺杂的AlGaN层）和第二半导体层4（p-GaN），设置在第一半导体层1远离衬底5一侧裸露部分的第一电极9和设置在第二半导体层4远离衬底5一侧的第二电极8，以及设置在第二半导体层4和第二电极8之间的导电层6（ITO）和设置在外延结构表面蒸镀绝缘层7（二氧化硅层，上面设置有裸露第一电极9和第二电极8的缺口）；有源层2由交替排列的3个AlInGaN量子阱层22（厚度为6nm）和4个AlGaN量子垒层21；其中，每个AlInGaN量子阱层22分为厚度为1nm的6个部分，且沿生长方向，各部分Al的含量依次为50%、52%、54%、56%、58%、60%，In的含量依次为18%、16%、14%、12%、10%、8%；沿生长方向，最后一个AlGaN量子垒层21包括厚度为10nm的第一AlGaN子层211（Al的含量为79%）和厚度为20nm的第二AlGaN子层212（Al的含量为74%）；除沿生长方向的最后一个AlGaN量子垒层21以外的其他AlGaN量子垒层21的厚度为15nm，Al的含量为79%；该芯片外延结构有源区中电子空穴波函数的平均交叠率为81.6%，电子的有效势垒高度为568.6meV，空穴的有效势垒高度为432.5meV。
实施例4
一种LED芯片，包括沿生长方向依次设置的衬底5（蓝宝石衬底）、第一半导体层1（n-GaN）、有源层2、电子阻挡层3（p型掺杂的AlGaN层）和第二半导体层4（p-GaN），设置在第一半导体层1远离衬底5一侧裸露部分的第一电极9和设置在第二半导体层4远离衬底5一侧的第二电极8，以及设置在第二半导体层4和第二电极8之间的导电层6（ITO）和设置在外延结构表面蒸镀绝缘层7（二氧化硅层，上面设置有裸露第一电极9和第二电极8的缺口）；有源层2由交替排列的3个AlInGaN量子阱层22（厚度为6nm）和4个AlGaN量子垒层21；其中，每个AlInGaN量子阱层22分为厚度为1nm的6个部分，且沿生长方向各部分Al的含量依次为50%、52%、54%、56%、58%、60%，In的含量依次为18%、16%、14%、12%、10%、8%；沿生长方向，最后一个AlGaN量子垒层21包括厚度为20nm的第一AlGaN子层211（Al的含量为79%）和厚度为10nm的第二AlGaN子层212（Al的含量为74%）；除沿生长方向的最后一个AlGaN量子垒层21以外的其他AlGaN量子垒层21的厚度为15nm，Al的含量为79%；该芯片外延结构有源区中电子空穴波函数的平均交叠率为80.4%，电子的有效势垒高度为556.7meV，空穴的有效势垒高度为442.2meV。
实施例5
一种LED芯片，包括沿生长方向依次设置的衬底5（蓝宝石衬底）、第一半导体层1（n-GaN）、有源层2、电子阻挡层3（p型掺杂的AlGaN层）和第二半导体层4（p-GaN），设置在第一半导体层1远离衬底5一侧裸露部分的第一电极9和设置在第二半导体层4远离衬底5一侧的第二电极8，以及设置在第二半导体层4和第二电极8之间的导电层6（ITO）和设置在外延结构表面蒸镀绝缘层7（二氧化硅层，上面设置有裸露第一电极9和第二电极8的缺口）；有源层2由交替排列的3个AlInGaN量子阱层22（厚度为6nm）4个AlGaN量子垒层21；其中，每个AlInGaN量子阱层22中沿生长方向Al的含量由50-60%呈线性增加，Al和In的总含量之和为68%；沿生长方向，最后一个AlGaN量子垒层21包括厚度为10nm的第一AlGaN子层211（Al的含量为79%）和厚度为20nm的第二AlGaN子层212（Al的含量为74%）；除沿生长方向的最后一个AlGaN量子垒层21以外的AlGaN量子垒层21的厚度为15nm，Al的含量为79%；该芯片外延结构有源区中电子空穴波函数的平均交叠率为84.5%，电子的有效势垒高度为686.7meV，空穴的有效势垒高度为422.6meV。
实施例6
一种LED芯片，包括沿生长方向依次设置的衬底5（蓝宝石衬底）、第一半导体层1（n-GaN）、有源层2、电子阻挡层3（p型掺杂的AlGaN层）和第二半导体层4（p-GaN），设置在第一半导体层1远离衬底5一侧裸露部分的第一电极9和设置在第二半导体层4远离衬底5一侧的第二电极8，以及设置在第二半导体层4和第二电极8之间的导电层6（ITO）和设置在外延结构表面蒸镀绝缘层7（二氧化硅层，上面设置有裸露第一电极9和第二电极8的缺口）；有源层2由交替排列的3个AlInGaN量子阱层22（厚度为6nm）和4个AlGaN量子垒层21；其中，每个AlInGaN量子阱层22中沿生长方向Al的含量由50-60%呈线性增加，Al和In的总含量之和为68%；沿生长方向，最后一个AlGaN量子垒层21包括厚度为20nm的第一AlGaN子层211（Al的含量为79%）和厚度为10nm的第二AlGaN子层212（Al的含量为74%）；除沿生长方向的最后一个AlGaN量子垒层21以外的其他AlGaN量子垒层21的厚度为15nm，Al的含量为79%；该芯片外延结构有源区中电子空穴波函数的平均交叠率为82.4%，电子的有效势垒高度为676.2meV，空穴的有效势垒高度为436.5meV。
对比例1
一种LED芯片，包括沿生长方向依次设置的衬底5（蓝宝石衬底）、第一半导体层1（n-GaN）、有源层2、电子阻挡层3（p型掺杂的AlGaN层）和第二半导体层4（p-GaN），设置在第一半导体层1远离衬底5一侧裸露部分的第一电极9和设置在第二半导体层4远离衬底5一侧的第二电极8，以及设置在第二半导体层4和第二电极8之间的导电层6（ITO）和设置在外延结构表面蒸镀绝缘层7（二氧化硅层，上面设置有裸露第一电极9和第二电极8的缺口）；有源层2由交替排列的3个AlInGaN量子阱层22（厚度为6nm，Al的含量为56%）和4个AlGaN量子垒层21（厚度为15nm，Al的含量为79%）；该芯片外延结构有源区中电子空穴波函数的平均交叠率为72.8%，电子的有效势垒高度为505.2meV，空穴的有效势垒高度为474.2meV。
对比例2
一种LED芯片，包括沿生长方向依次设置的衬底5（蓝宝石衬底）、第一半导体层1（n-GaN）、有源层2、电子阻挡层3（p型掺杂的AlGaN层）和第二半导体层4（p-GaN），设置在第一半导体层1远离衬底5一侧裸露部分的第一电极9和设置在第二半导体层4远离衬底5一侧的第二电极8，以及设置在第二半导体层4和第二电极8之间的导电层6（ITO）和设置在外延结构表面蒸镀绝缘层7（二氧化硅层，上面设置有裸露第一电极9和第二电极8的缺口）；有源层2由交替排列的3个AlGaN量子阱层22 （厚度为6nm）和4个AlGaN量子垒层21（厚度为15nm，Al的含量为79%）；其中，每个AlGaN量子阱层22分为厚度为1nm的6个部分，且沿生长方向，各部分Al的含量依次为50%、52%、54%、56%、58%、60%；该芯片外延结构有源区中电子空穴波函数的平均交叠率为76.5%，电子的有效势垒高度为536.7meV，空穴的有效势垒高度为468.2meV。
对比例3
一种LED芯片，包括沿生长方向依次设置的衬底5（蓝宝石衬底）、第一半导体层1（n-GaN）、有源层2、电子阻挡层3（p型掺杂的AlGaN层）和第二半导体层4（p-GaN），设置在第一半导体层1远离衬底5一侧裸露部分的第一电极9和设置在第二半导体层4远离衬底5一侧的第二电极8，以及设置在第二半导体层4和第二电极8之间的导电层6（ITO）和设置在外延结构表面蒸镀绝缘层7（二氧化硅层，上面设置有裸露第一电极9和第二电极8的缺口）；有源层2由交替排列的3个AlGaN量子阱层22（厚度为6nm）和4个AlGaN量子垒层21（厚度为15nm，Al的含量为79%）；其中，每个AlGaN量子阱层22中沿生长方向Al的含量由50-60%呈线性增加；该芯片外延结构有源区中电子空穴波函数的平均交叠率为77.2%，电子的有效势垒高度为663.4meV，空穴的有效势垒高度为453.6meV。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种多量子阱LED外延结构，其特征在于，所述外延结构包括沿生长方向依次设置的衬底、第一半导体层、有源层、电子阻挡层和第二半导体层；所述有源层包括交替排列的多个AlInGaN量子阱层和多个AlGaN量子垒层；每个所述AlInGaN量子阱层分为厚度为1nm的6个部分，且沿生长方向，各部分Al的含量依次为50%、52%、54%、56%、58%、60%，In的含量依次为18%、16%、14%、12%、10%、8%；或，每个所述AlInGaN量子阱层中沿生长方向Al的含量由50~60%呈线性增加，Al和In的总含量之和为68%；所述AlInGaN量子阱层中Al的含量指的是Al原子摩尔数占Al、In和Ga三种原子总摩尔数的比，In的含量指的是In原子摩尔数占Al、In和Ga三种原子总摩尔数的比。
2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述AlInGaN量子阱层中Al的含量小于所述AlGaN量子垒层中Al的含量；所述AlGaN量子垒层中Al的含量指的是Al原子摩尔数占Al和Ga两种原子总摩尔数的比。
3.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，每个所述AlInGaN量子阱层的厚度为5~10nm。
4.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述AlGaN量子垒层中Al的含量为69~79%；所述AlGaN量子垒层中Al的含量指的是Al原子摩尔数占Al和Ga两种原子总摩尔数的比；
每个所述AlGaN量子垒层的厚度为10~20nm。
5.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述电子阻挡层为P型掺杂的AlGaN层。
6.根据权利要求1所述的LED外延结构，所述衬底上设置有纳米级微结构；所述纳米级微结构呈阵列结构分布。
7.一种权利要求1-6任一项所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
在衬底上依次生长第一半导体层、有源层、电子阻挡层和第二半导体层。
8.一种LED芯片，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的外延结构。
9.根据权利要求8所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片还包括设置在所述第一半导体层远离所述衬底一侧的第一电极和设置在所述第二半导体层远离所述衬底一侧的第二电极。
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