CN117810325A - 一种高光效的发光二极管外延片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发光二极管技术领域，公开了一种高光效的发光二极管外延片及其制备方法。所述外延片包括衬底、于衬底上依次沉积的缓冲层、非掺杂GaN层、第一N型GaN层、有源层、三维电子阻挡层和空穴注入层，所述有源层具有V型坑结构，其中，所述三维电子阻挡层为P型AlInGaN层，所述空穴注入层包括P型GaN层、InGaN插入层和第二N型GaN层。实施本发明，能够减少电子溢流效应，提高活化Mg浓度，提高空穴浓度，提高空穴注入效率，同时降低接触电阻，进而提升发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种高光效的发光二极管外延片及其制备方法。
背景技术
氮化镓（GaN）作为宽禁带半导体的代表，多年来在全世界半导体领域的研究中，始终保持着非常高的热度和关注度。这得益于材料本身优良的性能：直接带隙，较宽的禁带宽度，抗腐蚀性好，结构稳定。而与之相关的器件中，GaN发光二极管（Light-Emitting Diode，即LED）获得了巨大的成功，在照明、显示等领域发挥了重要作用。
GaN基高亮度LED中N型GaN的生长、量子阱结构的设计、P型GaN载流子浓度的高低对其光电性能有着重要影响。外延生长的P型GaN通常表现出高阻特性，其中的载流子浓度较低，不利于金属与P型GaN之间形成欧姆接触，因此限制了GaN的应用。
目前主要存在以下问题：首先，受主杂质Mg原子的激活能较高，原子的激活能较高会导致空穴激活率低，一般条件下空穴浓度只能达到1017～1018atoms/cm3量级；其次，由于空穴的有效质量大、迁移率低，导致空穴主要集中分布在靠近P侧的少数几个量子阱中，空穴注入效率低；最后，电子有效质量小、迁移率大，导致电子可以很轻易地越过有源区进入到P型层中造成电子泄漏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高光效的发光二极管外延片及其制备方法，能够减少电子溢流效应，提高活化Mg浓度，提高空穴浓度，提高空穴注入效率，同时降低接触电阻，进而提升发光二极管的发光效率。
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种高光效的发光二极管外延片，包括衬底、于衬底上依次沉积的缓冲层、非掺杂GaN层、第一N型GaN层、有源层、三维电子阻挡层和空穴注入层，所述有源层具有V型坑结构，其中，
所述有源层为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，所述三维电子阻挡层为P型AlInGaN层；所述空穴注入层包括P型GaN层、InGaN插入层和第二N型GaN层；
所述三维电子阻挡层中Al组分逐渐降低，In组分逐渐升高；
所述P型AlInGaN层的掺杂浓度低于所述P型GaN层的掺杂浓度。
作为上述方案的改进，所述P型AlInGaN层的掺杂元素为Mg，所述Mg的掺杂浓度为1×1018～1×1019atoms/cm3。
作为上述方案的改进，所述P型GaN层的掺杂元素为Mg，所述Mg的掺杂浓度为1×1020～1×1021atoms/cm3。
作为上述方案的改进，所述P型AlInGaN层中Al组分为0.01~0.5，In组分为0.01~0.2，所述InGaN插入层中In组分为0.01~0.1。
作为上述方案的改进，所述第二N型GaN层中的掺杂元素为Si，所述Si的掺杂浓度为1×1018～1×1021atoms/cm3。
作为上述方案的改进，所述三维电子阻挡层的厚度为5~50nm；
所述P型GaN层的厚度为5~50nm；
所述InGaN插入层的厚度为0.5~5nm；
所述第二N型GaN层的厚度为0.5~5μm。
作为上述方案的改进，所述三维电子阻挡层的生长气氛为N2和NH3，N2和NH3的流量比为1：（1~5），生长温度为900~1000℃，生长压力为50~500torr；
所述P型GaN层的生长气氛为N2、NH3和H2，N2、NH3和H2的流量比为1：（1~5）：（1~10），生长温度为900~1000℃，生长压力为50~500torr；
所述InGaN插入层的生长气氛为N2和NH3，N2和NH3的流量比为1：（1~5），生长温度为900~1000℃，生长压力为50~500torr；
所述第二N型GaN层的生长气氛为N2、NH3和H2，N2、NH3和H2的流量比为1：（1~5）：（1~10），生长温度为1000~1200℃，生长压力为50~500torr。
相应地，本发明第二方面提供了一种所述的高光效的发光二极管外延片的制备方法，包括：
（1）提供一衬底；
（2）于所述衬底上依次沉积缓冲层、非掺杂GaN层、第一N型GaN层、有源层、三维电子阻挡层和空穴注入层，所述有源层具有V型坑结构，其中，
所述有源层为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，所述三维电子阻挡层为P型AlInGaN层；所述空穴注入层包括P型GaN层、InGaN插入层和第二N型GaN层；
所述三维电子阻挡层中Al组分逐渐降低，In组分逐渐升高；
所述P型AlInGaN层的掺杂浓度低于所述P型GaN层的掺杂浓度。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明在有源层之后设置三维电子阻挡层和空穴注入层，其中三维电子阻挡层为P型AlInGaN层，空穴注入层包括P型GaN层、InGaN插入层和第二N型GaN层，三维电子阻挡层的三维结构可以增大V型坑侧壁面积，提高空穴向InGaN量子阱层的注入效率，提高发光二极管的发光效率，同时空穴注入层能够提供足量的空穴注入到InGaN量子阱层中与电子复合，提高活化Mg浓度，提高电子与空穴辐射复合效率，降低接触电阻，进一步提升发光二极管的发光效率。
附图说明
图1：本发明中一种高光效的发光二极管外延片的结构示意图；
图2：本发明中空穴注入层的结构示意图；
图3：本发明中一种高光效的发光二极管外延片的制备流程图。
附图标记：100-衬底；200-缓冲层；300-非掺杂GaN层；400-第一N型GaN层；500-有源层；501-量子阱层；502-量子垒层；600-三维电子阻挡层；700-空穴注入层；701-P型GaN层；702-InGaN插入层；703-第二N型GaN层。
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，下面将具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
为解决上述问题，请参阅图1和图2，本发明提供了一种高光效的发光二极管外延片，包括衬底100、于衬底100上依次沉积的缓冲层200、非掺杂GaN层300、第一N型GaN层400、有源层500、三维电子阻挡层600和空穴注入层700，所述有源层500具有V型坑结构；
所述三维电子阻挡层600为P型AlInGaN层，所述空穴注入层700包括P型GaN层701、InGaN插入层702和第二N型GaN层703。
本发明中的发光二极管外延片能够减少电子溢流效应，提高活化Mg浓度，提高空穴浓度，提高空穴注入效率，提高电子与空穴辐射复合效率，同时降低接触电阻，提升发光二极管的发光效率。具体地，
在有源层500设置V型坑结构，能够提升电子空穴注入效率，促进电子空穴的复合，从而提高光效，在其上端沉积三维电子阻挡层600，可以增大V型坑侧壁面积，提高空穴向InGaN量子阱层的注入效率，提高发光二极管的发光效率。而空穴注入层700中的P型GaN层701为二维结构，掺杂元素可以提供空穴并注入到有源层500中与电子复合，InGaN插入层702使得二维P型GaN层701、InGaN插入层702及第二N型GaN层703构成隧穿结，使LED器件性能有了明显提升，一方面是使得电流扩展效应得到改善；另一方面，利用InGaN插入层702中的极化电场，可以大幅提高隧穿结区中的电场，所以载流子的隧穿几率有所提高。此外，第二N型GaN层703与InGaN插入层702产生极化作用，形成二维电子气，元素掺杂实现N型掺杂，费米能级处于简并态，和功函数相差不大的金属能带接触后达到热平衡状态其能带弯曲程度非常小，势垒高度和宽度非常小，电子可以轻易越过势垒或直接通过遂穿效应穿过半导体而不需要任何外界能，降低电极的接触电阻，降低发光二极管的工作电压。
优选地，所述三维电子阻挡层600中Al组分逐渐降低，In组分逐渐升高，可以减少电子溢流至P型层与空穴发生非辐射复合，结合其三维结构，能够进一步改善空穴向量子阱层501的注入效率，进一步提高发光二极管的发光效率。
进一步地，所述P型AlInGaN层中Al组分为0.01~0.5，示例性的为0.01、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5，但不限于此；In组分为0.01~0.2，示例性的为0.01、0.05、0.1、0.15、0.2，但不限于此。
更进一步地，所述三维电子阻挡层600的厚度为5~50nm，示例性的为5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm，但不限于此。
优选地，所述P型AlInGaN层的掺杂浓度低于所述P型GaN层701的掺杂浓度。
进一步地，所述P型AlInGaN层的掺杂元素为Mg，所述Mg的掺杂浓度为1×1018～1×1019atoms/cm3，示例性的为1×1018atoms/cm3、3×1018atoms/cm3、5×1018atoms/cm3、7×1018atoms/cm3、9×1018atoms/cm3、1×1019atoms/cm3，但不限于此。掺杂的Mg含量较少，可以减少对空穴的阻挡。
进一步地，所述P型GaN层701的掺杂元素为Mg，所述Mg的掺杂浓度为1×1020～1×1021atoms/cm3，示例性的为1×1020atoms/cm3、3×1020atoms/cm3、5×1020atoms/cm3、7×1020atoms/cm3、9×1020atoms/cm3、1×1021atoms/cm3，但不限于此。在P型GaN层701中掺杂Mg，可以提供足量的空穴注入到InGaN量子阱层中与电子复合，若Mg的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。
进一步地，所述P型GaN层701的厚度为5~50nm，示例性的为5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm，但不限于此。
优选地，所述InGaN插入层702中In组分为0.01~0.1，示例性的为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1，但不限于此。
进一步地，所述InGaN插入层702的厚度为0.5~5nm，示例性的为0.5nm、1nm、1.5nm、2nm、2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm、5nm，但不限于此。
优选地，所述第二N型GaN层703中的掺杂元素为Si，所述Si的掺杂浓度为1×1018～1×1021atoms/cm3，示例性的为1×1018atoms/cm3、5×1018atoms/cm3、1×1019atoms/cm3、5×1019atoms/cm3、1×1020atoms/cm3、5×1020atoms/cm3、1×1021atoms/cm3，但不限于此。通过Si元素实现N性掺杂，能够进一步降低势垒高度和宽度，进而更好地降低电极的接触电阻，使发光二极管的工作电压更低。
进一步地，所述第二N型GaN层703的厚度为0.5~5μm，示例性的为0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm，但不限于此。
相应地，请参阅图3，本发明还提供了一种所述的高光效的发光二极管外延片的制备方法，包括：
（1）提供一衬底100；
（2）在所述衬底100上依次沉积缓冲层200、非掺杂GaN层300、第一N型GaN层400、有源层500、三维电子阻挡层600和空穴注入层700；
所述三维电子阻挡层600为P型AlInGaN层，所述空穴注入层700包括P型GaN层701、InGaN插入层702和第二N型GaN层703。
具体地，所述发光二极管的外延片的制备方法，包括：
S01、提供一衬底100；
优选地，所述衬底100可选用蓝宝石衬底、SiO2蓝宝石复合衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底中的一种。
进一步地，所述衬底100选用蓝宝石衬底，蓝宝石是目前最常用的GaN基LED衬底材料，蓝宝石衬底具有制备工艺成熟、价格较低、易于清洗和处理等特性，高温下有很好的稳定性。
S02、在所述衬底100上沉积缓冲层200；
优选地，所述缓冲层200的厚度为10~50nm。
进一步地，所述缓冲层200可以为用PVD（Physical Vapor Deposition，物理气相沉积）设备制备的AlN薄膜。采用AlN缓冲层提供了与所述衬底100取向相同的成核中心，释放了非掺杂GaN层300和衬底100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，为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。
S03、在所述缓冲层200上沉积非掺杂GaN层300；
优选地，所述非掺杂GaN层300的厚度为1~5μm，非掺杂GaN层300生长温度较高，压力较低，制备的到GaN的晶体质量较优，同时厚度随着GaN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，但提高非掺杂GaN层300厚度对Ga源材料消耗较大，大大提高了LED的外延成本，因此，所述非掺杂GaN层300的厚度更佳为2~3μm，不仅节约生产成本，而且又具有较高的晶体质量。
进一步地，所述非掺杂GaN层300的生长温度为1050~1200℃，生长压力100～600torr。
更进一步地，在沉积非掺杂GaN层300前，可以对已沉积所述缓冲层200的衬底100进行预处理，提升缓冲层200的晶体质量，并且有效提高后续沉积GaN外延层的晶体质量。所述预处理包括：将已沉积所述缓冲层200的衬底100转入MOCVD中，在H2气氛进行预处理1~10min，处理温度为1000～1200℃，再对衬底100进行氮化处理。
S04、在所述非掺杂GaN层300上沉积第一N型GaN层400；
优选地，所述第一N型GaN层400的厚度为2~3μm，掺杂元素为Si，Si的掺杂浓度为1×1019~5×1019atoms/cm3。第一N型GaN层400为LED发光提供充足电子，其次第一N型GaN层400的电阻率要比P型GaN层701上的透明电极的电阻率高，因此足够的Si掺杂，可以有效地降低第一N型GaN层400电阻率，最后第一N型GaN层400足够的厚度可以有效释放应力，提高发光二极管的发光效率。
进一步地，所述第一N型GaN层400的生长温度为1050~1200℃，生长压力100~600torr。
S05、在所述第一N型GaN层400上沉积有源层500；
优选地，所述有源层500为交替堆叠的InGaN量子阱层501和AlGaN量子垒层502，堆叠周期数6~12个。有源层500为电子和空穴复合的区域，合理的结构设计可以显著增加电子和空穴的波函数交叠程度，从而提高LED器件发光效率。
进一步地，所述InGaN量子阱层501的厚度为2~5nm，In组分为0.2~0.3，所述AlGaN量子垒层502的厚度为5~15nm，Al组分为0.01~0.1。
更进一步地，所述InGaN量子阱层501的生长温度为790~810℃，生长压力为50~300torr；所述AlGaN量子垒层502的生长温度为800~900℃，生长压力为50~300torr。
S06、在所述有源层500上沉积三维电子阻挡层600；
优选地，所述三维电子阻挡层600的生长气氛为N2和NH3，N2和NH3的流量比为1：（1~5），生长温度为900~1000℃，示例性的为900℃、925℃、950℃、975℃、1000℃，但不限于此，生长压力为50~500torr，示例性的为50torr、100torr、150torr、200torr、250torr、300torr、350torr、400torr、450torr、500torr，但不限于此。
S07、在所述三维电子阻挡层600上沉积空穴注入层700，所述空穴注入层700包括P型GaN层701、InGaN插入层702和第二N型GaN层703；
优选地，所述P型GaN层701的生长气氛为N2、NH3和H2，N2、NH3和H2的流量比为1：（1~5）：（1~10），生长温度为900~1000℃，示例性的为900℃、925℃、950℃、975℃、1000℃，但不限于此，生长压力为50~500torr，示例性的为50torr、100torr、150torr、200torr、250torr、300torr、350torr、400torr、450torr、500torr，但不限于此。较高的生长温度也有利于本发明中V型坑的合并，得到表面光滑的发光二极管外延片。
优选地，所述InGaN插入层702的生长气氛为N2和NH3，N2和NH3的流量比为1：（1~5），生长温度为900~1000℃，示例性的为900℃、925℃、950℃、975℃、1000℃，但不限于此，生长压力为50~500torr，示例性的为50torr、100torr、150torr、200torr、250torr、300torr、350torr、400torr、450torr、500torr，但不限于此。
优选地，所述第二N型GaN层703的生长气氛为N2、NH3和H2，N2、NH3和H2的流量比为1：（1~5）：（1~10），生长温度为1000~1200℃，示例性的为1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃，但不限于此，生长压力为50~500torr，示例性的为50torr、100torr、150torr、200torr、250torr、300torr、350torr、400torr、450torr、500torr，但不限于此。
综上，本发明的外延片可以减少电子溢流效应，提高活化Mg浓度，提高空穴浓度，提高空穴注入效率，提高电子与空穴辐射复合效率，同时降低接触电阻，降低LED器件的工作电压，提升发光二极管的发光效率。
需要说明的是，本发明中，高纯NH3作为N源，三甲基镓（TMGa）或三乙基镓（TEGa）作为镓源，三甲基铟（TMIn）作为铟源，三甲基铝（TMAl）作为铝源，硅烷（SiH4）或者四乙基硅（TeESi）或者乙硅烷（Si2H6）作为N型掺杂剂的Si源，二茂镁（CP2Mg）作为P型掺杂剂的Mg源。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
本实施例提供了一种高光效的发光二极管外延片，所述外延片具有V型坑结构，包括衬底100、于衬底100上依次沉积缓冲层200、非掺杂GaN层300、第一N型GaN层400、有源层500、三维电子阻挡层600和空穴注入层700，其中，
三维电子阻挡层600为P型AlInGaN层，厚度为20nm，Al组分0.15逐渐降低0.05，In组分0.05逐渐上升0.1，通过Mg掺杂实现P型掺杂，Mg的掺杂浓度为6×1018atoms/cm3；
空穴注入层700包括P型GaN层701、InGaN插入层702和第二N型GaN层703，其中，P型GaN层701的厚度为22nm，通过Mg掺杂实现P型掺杂，Mg的掺杂浓度为2.5×1020atoms/cm3；InGaN插入层702的厚度为2.5nm，In组分为0.05；第二N型GaN层703的厚度为2.5μm，通过Si掺杂实现N型掺杂，Si的掺杂浓度为2.5×1019atoms/cm3。
其由如下制备方法制备得到：
S01、提供一蓝宝石衬底；
S02、在蓝宝石衬底上沉积缓冲层；
缓冲层为用PVD设备制备的AlN薄膜，厚度为15nm。
还需对已沉积缓冲层的蓝宝石衬底进行预处理，所述预处理为：将已镀完AlN缓冲层的蓝宝石衬底转入MOCVD中，在H2气氛进行预处理7min，处理温度为1100℃。
S03、在处理完的缓冲层上沉积非掺杂GaN层；
非掺杂GaN层的厚度为2.5μm，生长温度为1100℃，生长压力为150torr。
S04、在非掺杂GaN层上沉积第一N型GaN层；
第一N型GaN层的厚度为2.5μm，掺杂元素为Si，Si的掺杂浓度为2.5×1019atoms/cm3，生长温度为1120℃，生长压力为100torr。
S05、在第一N型GaN层上沉积有源层；
有源层为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，堆叠周期数为10个。InGaN量子阱层的厚度为3.5nm，In组分为0.22，生长温度为795℃，生长压力200torr，AlGaN量子垒层的厚度为9.8nm，Al组分为0.05，生长温度为855℃，生长压力为200torr。
S06、在有源层上沉积三维电子阻挡层；
P型GaN层、InGaN插入层和第二N型GaN层；
三维电子阻挡层的生长气氛为N2和NH3，N2和NH3的流量比为2：3，生长温度为970℃，生长压力为50torr；
S07、在三维电子阻挡层上沉积空穴注入层，空穴注入层包括P型GaN层、InGaN插入层和第二N型GaN层；
P型GaN层的生长气氛为N2、NH3和H2，N2、NH3和H2的流量比为1：1：10，生长温度为980℃，生长压力为150torr；
所述InGaN插入层的生长气氛为N2和NH3，N2和NH3的流量比为2：3，生长温度为950℃，生长压力为150torr；
第二N型GaN层的生长气氛为N2、NH3和H2，N2、NH3和H2的流量比为1：2：3，生长温度为1100℃，生长压力为200torr。
实施例2
本实施例提供了一种高光效的发光二极管外延片，与实施例1基本相同，不同之处在于：
三维电子阻挡层600为P型AlInGaN层，Al组分为0.15，In组分为0.05。
实施例3
本实施例提供了一种高光效的发光二极管外延片，与实施例1基本相同，不同之处在于：
三维电子阻挡层600为P型AlInGaN层，Al组分为0.05，In组分为0.1。
实施例4
本实施例提供了一种高光效的发光二极管外延片，与实施例1基本相同，不同之处在于：
三维电子阻挡层600为P型AlInGaN层，通过Mg掺杂实现P型掺杂，Mg的掺杂浓度为2.5×1020atoms/cm3。
对比例1
本对比例提供一种高光效的发光二极管外延片，与实施例1基本相同，不同之处在于：
不含有三维电子阻挡层600。
对比例2
本对比例提供一种高光效的发光二极管外延片，与实施例1基本相同，不同之处在于：
空穴注入层700包括InGaN插入层702和第二N型GaN层703。
对比例3
本对比例提供一种高光效的发光二极管外延片，与实施例1基本相同，不同之处在于：
空穴注入层700包括P型GaN层701和第二N型GaN层703。
对比例4
本对比例提供一种高光效的发光二极管外延片，与实施例1基本相同，不同之处在于：
空穴注入层700包括P型GaN层701和InGaN插入层702。
对比例5
本对比例提供一种高光效的发光二极管外延片，与实施例1基本相同，不同之处在于：
空穴注入层为P型GaN层701。
性能测试：
将实施例1-4及对比例1-5所得发光二极管的外延片使用相同芯片工艺条件制备成10mil*24mil芯片，分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60mA进行测试，测试结果如下表所示，其中发光效率提升以对比例5为基础进行计算得到。
表1 实施例1-4和对比例1-5的测试结果
由上述实验数据可知，有源层之后设置三维电子阻挡层和空穴注入层，空穴注入层包括P型GaN层、InGaN插入层和第二N型GaN层，可以减少电子溢流效应，提高活化Mg浓度，提高空穴浓度，提高空穴注入效率，提高电子与空穴辐射复合效率，同时降低接触电阻，提升发光二极管的发光效率，使光效提升达到5%。
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 (8)
1.一种高光效的发光二极管外延片，其特征在于：包括衬底、于衬底上依次沉积的缓冲层、非掺杂GaN层、第一N型GaN层、有源层、三维电子阻挡层和空穴注入层，所述有源层具有V型坑结构，其中，所述有源层为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，
所述三维电子阻挡层为P型AlInGaN层，所述空穴注入层包括P型GaN层、InGaN插入层和第二N型GaN层；
所述三维电子阻挡层中Al组分逐渐降低，In组分逐渐升高；
所述P型AlInGaN层的掺杂浓度低于所述P型GaN层的掺杂浓度。
2.如权利要求1所述的高光效的发光二极管外延片，其特征在于，所述P型AlInGaN层的掺杂元素为Mg，所述Mg的掺杂浓度为1×1018～1×1019atoms/cm3。
3.如权利要求1所述的高光效的发光二极管外延片，其特征在于，所述P型GaN层的掺杂元素为Mg，所述Mg的掺杂浓度为1×1020～1×1021atoms/cm3。
4.如权利要求1所述的高光效的发光二极管外延片，其特征在于，所述P型AlInGaN层中Al组分为0.01~0.5，In组分为0.01~0.2；
所述InGaN插入层中In组分为0.01~0.1。
5.如权利要求1所述的高光效的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二N型GaN层中的掺杂元素为Si，所述Si的掺杂浓度为1×1018～1×1021atoms/cm3。
6.如权利要求1所述的高光效的发光二极管外延片，其特征在于，所述三维电子阻挡层的厚度为5~50nm；
所述P型GaN层的厚度为5~50nm；
所述InGaN插入层的厚度为0.5~5nm；
所述第二N型GaN层的厚度为0.5~5μm。
7.如权利要求1所述的高光效的发光二极管外延片，其特征在于，所述三维电子阻挡层的生长气氛为N2和NH3，N2和NH3的流量比为1：（1~5），生长温度为900~1000℃，生长压力为50~500torr；
所述P型GaN层的生长气氛为N2、NH3和H2，N2、NH3和H2的流量比为1：（1~5）：（1~10），生长温度为900~1000℃，生长压力为50~500torr；
所述InGaN插入层的生长气氛为N2和NH3，N2和NH3的流量比为1：（1~5），生长温度为900~1000℃，生长压力为50~500torr；
所述第二N型GaN层的生长气氛为N2、NH3和H2，N2、NH3和H2的流量比为1：（1~5）：（1~10），生长温度为1000~1200℃，生长压力为50~500torr。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的高光效的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括：
（1）提供一衬底；
（2）于所述衬底上依次沉积缓冲层、非掺杂GaN层、第一N型GaN层、有源层、三维电子阻挡层和空穴注入层，所述有源层具有V型坑结构，其中，
所述有源层为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，所述三维电子阻挡层为P型AlInGaN层，所述空穴注入层包括P型GaN层、InGaN插入层和第二N型GaN层；
所述三维电子阻挡层中Al组分逐渐降低，In组分逐渐升高；
所述P型AlInGaN层的掺杂浓度低于所述P型GaN层的掺杂浓度。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016011924A1 (zh) * | 2014-07-24 | 2016-01-28 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 一种改善GaN基LED效率下降的外延结构 |
| CN106711296A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-24 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种绿光发光二极管的外延片及其生长方法 |
| CN106784210A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-05-31 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制作方法 |
| CN107293624A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-10-24 | 河北工业大学 | 一种基于h‑BN隧穿结为空穴注入层的发光二极管外延结构 |
| CN112313805A (zh) * | 2018-04-05 | 2021-02-02 | 威斯康星州男校友研究基金会 | 用于氮化物基发光器件中的空穴注入的异质隧穿结 |
| CN113193085A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-07-30 | 广东技术师范大学 | 一种具有pin隧穿结的微结构发光二极管及其制造方法 |
| CN116190522A (zh) * | 2023-04-26 | 2023-05-30 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种高光效发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN116598396A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-08-15 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、led |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016011924A1 (zh) * | 2014-07-24 | 2016-01-28 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 一种改善GaN基LED效率下降的外延结构 |
| CN106784210A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-05-31 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制作方法 |
| CN106711296A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-24 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种绿光发光二极管的外延片及其生长方法 |
| CN107293624A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-10-24 | 河北工业大学 | 一种基于h‑BN隧穿结为空穴注入层的发光二极管外延结构 |
| CN112313805A (zh) * | 2018-04-05 | 2021-02-02 | 威斯康星州男校友研究基金会 | 用于氮化物基发光器件中的空穴注入的异质隧穿结 |
| CN113193085A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-07-30 | 广东技术师范大学 | 一种具有pin隧穿结的微结构发光二极管及其制造方法 |
| CN116598396A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-08-15 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、led |
| CN116190522A (zh) * | 2023-04-26 | 2023-05-30 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种高光效发光二极管外延片及其制备方法 |
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