CN118099307A - 高光效led外延片及其制备方法、高光效led - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高光效LED外延片及其制备方法、高光效LED，涉及半导体技术领域。所述LED外延片的有源层包括周期性交替层叠的复合量子阱层和量子垒层，所述复合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；所述有源层包括依次层叠的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，所述第一超晶格层中的第一量子阱子层为N型掺杂层；所述第三超晶格层中的第四量子阱子层为P型掺杂层。本发明的结构能够提高量子阱层晶体质量，降低量子阱层极化效应，提高载流子在量子阱辐射复合效率，从而提升发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种高光效LED外延片及其制备方法、高光效LED。
背景技术
与传统的照明方式相比，GaN基LEDs具有能耗低、使用寿命长、响应速度快和体积小等优点，已经被广泛应用于液晶显示背光源、大屏幕显示和普通照明等领域，极大地改善了人们的日常生活。
近年来，InGaN/GaN量子阱结构作为LEDs的有源区，受到了研究者的广泛关注，通过调节InGaN阱层的In含量，可以使LEDs的发光波长覆盖从近红外到近紫外极宽的波长范围。目前LED多采用在N型GaN层上生长多个周期的InGaN/GaN有源层，以此提高量子局域效应，提高电子和空穴波函数交叠程度，从而提高LED器件的发光效率。
但是InGaN层作为阱层仍存在一些问题。第一，InGaN阱层和GaN垒层之间较大的晶格失配和热失配，会在InGaN阱层产生很强的压电极化场并引发量子限制斯塔克效应，导致波长红移和载流子辐射复合效率的降低。第二，电子的有效质量小于空穴，电子在半导体中的移动速度远高于空穴，因此电子与空穴通常在后面几个量子阱中发生复合，前几个量子阱不参与发光，进入有源层的电子发生泄露，并与P型GaN层的空穴发生非辐射复合，导致发光二极管的发光效率下降。
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LED外延片，提高量子阱层晶体质量的同时降低量子阱层的极化效应，提高载流子在有源区的辐射复合效率，从而提升LED的发光效率。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种高光效LED外延片的制备方法，制得的LED的发光效率高。
为达到上述技术效果，本发明提供了一种高光效LED外延片，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层，所述有源层包括依次层叠的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，所述第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层均包括周期性交替层叠的复合量子阱层和量子垒层；
所述复合量子阱层包括依次层叠的第一量子阱子层、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GaN层、InGaN层、AlGaN层、AlInGaN层中的一种或多种，所述第二量子阱子层为InGaN层，所述第三量子阱子层为AlInGaN层，所述第四量子阱子层为GaN层、InGaN层、AlGaN层、AlInGaN层中的一种或多种；
所述第一超晶格层中的第一量子阱子层为N型掺杂层，第四量子阱子层为非掺杂层；所述第二超晶格层中的第一量子阱子层为非掺杂层，第四量子阱子层为非掺杂层；所述第三超晶格层中的第一量子阱子层为非掺杂层，第四量子阱子层为P型掺杂层。
作为上述技术方案的改进，所述第一超晶格层中的第一量子阱子层的Si掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3；所述第三超晶格层中的第四量子阱子层的Mg掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1019cm-3。
作为上述技术方案的改进，所述第一量子阱子层的厚度为0.5nm～5nm；所述第二量子阱子层的厚度为1nm～10nm；所述第三量子阱子层的厚度为0.5nm～5nm；所述第四量子阱子层的厚度为0.5nm～5nm。
作为上述技术方案的改进，所述第二量子阱子层的In组分占比为0.01～0.3；所述第三量子阱子层的In组分占比为0.01～0.3，Al组分占比为0.01～0.3。
作为上述技术方案的改进，所述第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层的周期数均为1～10。
作为上述技术方案的改进，所述量子垒层包括依次层叠的AlGaN量子垒层和GaN量子垒层，所述量子垒层的厚度为5nm～50nm；所述AlGaN量子垒层的Al组分占比为0.01～0.5。
相应的，本发明还公开了一种高光效LED外延片的制备方法，用于制备上述的高光效LED外延片，包括以下步骤：
提供一衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层，所述有源层包括依次层叠的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，所述第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层均包括周期性交替层叠的复合量子阱层和量子垒层；
所述复合量子阱层包括依次层叠的第一量子阱子层、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GaN层、InGaN层、AlGaN层、AlInGaN层中的一种或多种，所述第二量子阱子层为InGaN层，所述第三量子阱子层为AlInGaN层，所述第四量子阱子层为GaN层、InGaN层、AlGaN层、AlInGaN层中的一种或多种；
所述第一超晶格层中的第一量子阱子层为N型掺杂层，第四量子阱子层为非掺杂层；所述第二超晶格层中的第一量子阱子层为非掺杂层，第四量子阱子层为非掺杂层；所述第三超晶格层中的第一量子阱子层为非掺杂层，第四量子阱子层为P型掺杂层。
作为上述技术方案的改进，所述第一量子阱子层的生长温度为700℃～900℃，生长压力为50Torr～300Torr；
所述第二量子阱子层的生长温度为700℃～900℃，生长压力为50Torr～300Torr；
所述第三量子阱子层的生长温度为700℃～900℃，生长压力为50Torr～300Torr；
所述第四量子阱子层的生长温度为800℃～900℃，生长压力为50Torr～300Torr。
作为上述技术方案的改进，所述第一量子阱子层的生长温度沿外延方向逐渐降低；
所述第三量子阱子层的生长温度沿外延方向逐渐升高。
相应的，本发明还公开了一种高光效LED，包括上述的高光效LED外延片。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、第一超晶格层的第一量子阱子层为N型掺杂层，为量子阱复合补充电子，提高复合的载流子浓度；另外掺杂Si可以屏蔽缺陷，提高量子阱层晶体质量。第二量子阱子层为InGaN层，InGaN层的厚度小于电子的德布罗意波长，电子和空穴的能级为分立的量子化能级，具有显著的量子限制效应；InGaN层的富In的区域产生势能谷，富In的区域成为载流子的势阱，电子和空穴注入时，很容易被这些势阱俘获并复合发光，大大降低了被位错俘获而发生非辐射复合的几率，提高发光二极管发光效率。第三量子阱子层为AlInGaN层，通过调控Al组分和In组分的配比，减少晶格失配，降低量子阱的极化效应。第四量子阱子层可以减少复合量子阱层的In扩散至量子垒层造成的发光效率下降，第三超晶格层的第四量子阱子层为P型掺杂层，为量子阱复合补充空穴，提高复合的空穴浓度，并且P型掺杂也能够平衡量子阱层的极化电场效应，使得载流子尽量在第二超晶格层复合，提高空穴和电子波函数的重叠度，提高发光效率。生长多周期的有源层，提高量子限制效应，电子和空穴被局域在多量子阱中，从而提高电子和空穴波函数的交叠，进而提升辐射复合速率。
2、本发明提供的高光效LED外延片的有源层中，沿外延生长方向，第一量子阱子层的生长温度逐渐下降至第二量子阱层的生长温度，可以提高后续沉积InGaN层的晶体质量，减少缺陷的非辐射复合。
附图说明
图1是本发明实施例提供的高光效LED外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的高光效LED外延片的制备方法流程图。
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，下面将结合具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种高光效LED外延片，包括衬底1及依次沉积在所述衬底1上的缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、有源层5、电子阻挡层6和P型GaN层7，所述有源层5包括依次层叠的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，所述第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层均包括周期性交替层叠的复合量子阱层和量子垒层。
其中，所述复合量子阱层包括依次层叠的第一量子阱子层、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GaN层、InGaN层、AlGaN层、AlInGaN层中的一种或多种，所述第二量子阱子层为InGaN层，所述第三量子阱子层为AlInGaN层，所述第四量子阱子层为GaN层、InGaN层、AlGaN层、AlInGaN层中的一种或多种。
所述第一超晶格层中的第一量子阱子层为N型掺杂层，第四量子阱子层为非掺杂层，N型掺杂为量子阱复合补充电子，提高复合的载流子浓度，另外掺杂Si可以屏蔽缺陷，提高量子阱层晶体质量。所述第二超晶格层中的第一量子阱子层为非掺杂层，第四量子阱子层为非掺杂层，电子和空穴复合主要发生在第二超晶格层。所述第三超晶格层中的第一量子阱子层为非掺杂层，第四量子阱子层为P型掺杂层，P型掺杂为量子阱复合补充空穴，提高复合的空穴浓度，并且P型掺杂也平衡了量子阱层的极化电场效应，使得载流子尽量在第二超晶格层发生复合，提高空穴和电子波函数的重叠度，从而提高发光效率。
在一种实施方式中，所述第一超晶格层中的第一量子阱子层的Si掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3，若Si掺杂浓度小于1×1017cm-3，对极化电场的改善作用不大；若Si掺杂浓度大于1×1018cm-3，会导致漏电途径的增加，示例性的为1×1017cm-3、2.5×1017cm-3、5×1017cm-3、8×1017cm-3或1×1018cm-3，但不限于此。所述第三超晶格层中的第四量子阱子层的Mg掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1019cm-3，示例性的为1×1018cm-3、2.5×1018cm-3、5×1018cm-3、8×1018cm-3或1×1019cm-3，但不限于此。
在一种实施方式中，所述第一量子阱子层的厚度为0.5nm～5nm，示例性的为0.5nm、1nm、2nm、3nm、4nm或5nm，但不限于此。
所述第二量子阱子层的厚度为1nm～10nm，示例性的为1nm、2nm、3nm、5nm、8nm或10nm，但不限于此。所述第二量子阱子层的In组分占比为0.01～0.3，示例性的为0.01、0.03、0.05、0.08、0.1、0.2或0.3，但不限于此。InGaN层的厚度小于电子的德布罗意波长，电子和空穴的能级为分立的量子化能级，具有显著的量子限制效应。InGaN层的富In区域产生势能谷，成为载流子的势阱，电子和空穴注入时，很容易被这些势阱俘获并复合发光，大大降低了被位错俘获而发生非辐射复合的几率，提高发光二极管发光效率。
所述第三量子阱子层的厚度为0.5nm～5nm，示例性的为0.5nm、1nm、2nm、3nm、4nm或5nm，但不限于此。所述第三量子阱子层的In组分占比为0.01～0.3，示例性的为0.01、0.03、0.05、0.08、0.1、0.2或0.3，但不限于此。所述第三量子阱子层的Al组分占比为0.01～0.3，示例性的为0.01、0.03、0.05、0.08、0.1、0.2或0.3，但不限于此。
所述第四量子阱子层的厚度为0.5nm～5nm，示例性的为0.5nm、1nm、2nm、3nm、4nm或5nm，但不限于此。
在一种实施方式中，所述第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层的周期数均为1～10。生长多周期的有源层，提高量子限制效应，电子和空穴被局域在多量子阱中，从而提高电子和空穴波函数的交叠，进而提升辐射复合速率。
在一种实施方式中，所述量子垒层包括依次层叠的AlGaN量子垒层和GaN量子垒层，所述量子垒层的厚度为5nm～50nm，示例性的为5nm、8nm、10nm、15nm、20nm、30nm、40nm或50nm，但不限于此。其中，所述AlGaN量子垒层的Al组分占比为0.01～0.5，示例性的为0.01、0.03、0.05、0.08、0.1、0.3或0.5，但不限于此。
除了上述有源层结构外，本发明的其它层状结构的特点如下：
所述衬底1可以选用蓝宝石衬底、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。具体地，衬底1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，高温下有很好的稳定性等优点。
所述缓冲层2可以为AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、GaN缓冲层中的一种或多种。具体地，缓冲层2选用AlN缓冲层，厚度为10nm～50nm，采用AlN缓冲层提供了与衬底取向相同的成核中心，释放了GaN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，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。
所述非掺杂GaN层3的厚度为1μm～5μm。
所述N型GaN层4的厚度为2μm～3μm，Si掺杂浓度为1×1019cm-3～5×1019cm-3。
所述电子阻挡层6为AlInGaN电子阻挡层，厚度为10nm～40nm，Al组分占比为0.005～0.1，In组分占比为0.01～0.2，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LED的发光效率。
所述P型GaN层7的厚度为10nm～50nm，Mg掺杂浓度为1×1019cm-3～1×1021cm-3，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。
相应的，如图2所示，本发明还提供了一种高光效LED外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供一衬底；
S2、在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；外延结构可以通过MOCVD、MBE、PLD或VPE生长，但不限于此。具体的，S2包括以下步骤：
S21、生长缓冲层；
采用PVD生长AlN缓冲层，生长温度为500℃～600℃，功率为3000W～5000W，以Ar为溅射气体，以N2为前驱体，以Al为溅射靶材。将已镀完AlN缓冲层的衬底转入MOCVD中，在H2气氛下进行预处理，预处理时间为1min～10min，预处理温度为1000℃～1200℃。
S22、生长非掺杂GaN层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1050℃～1200℃，压力为100Torr～600Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源。
S23、生长N型GaN层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1050℃～1200℃，压力为100Torr～600Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入SiH4作为N型掺杂源。
S24、生长有源层；
采用MOCVD生长，分别生长第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，其中第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层的生长步骤均包括：控制反应室温度为700℃～900℃，压力为50Torr～300Torr，生长复合量子阱层；控制反应室温度为800℃～1000℃，压力为50Torr～500Torr，生长量子垒层；重复层叠周期性生长复合量子阱层和量子垒层。具体的，复合量子阱层的生长包括以下步骤：
S241、生长第一量子阱子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为700℃～900℃，压力为50Torr～300Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源；或通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源；或通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源；或通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入TMIn作为In源。
在一种实施方式中，第一超晶格层中，第一量子阱子层的生长方式为：采用MOCVD生长，控制反应室温度为700℃～900℃，压力为50Torr～300Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入SiH4作为N型掺杂源；或通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入SiH4作为N型掺杂源；或通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源，通入SiH4作为N型掺杂源；或通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入TMIn作为In源，通入SiH4作为N型掺杂源。
S242、生长第二量子阱子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为700℃～900℃，压力为50Torr～300Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源。
S243、生长第三量子阱子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为700℃～900℃，压力为50Torr～300Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入TMIn作为In源。
S244、生长第四量子阱子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度800℃～900℃，压力为50Torr～300Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源；或通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源；或通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源；或通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入TMIn作为In源。
在一种实施方式中，第三超晶格层中，第四量子阱子层的生长方式为：采用MOCVD生长，控制反应室温度为800℃～900℃，压力为50Torr～300Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入CP2Mg作为P型掺杂源；或通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入CP2Mg作为P型掺杂源；或通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源，通入CP2Mg作为P型掺杂源；或通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入TMIn作为In源，通入CP2Mg作为P型掺杂源。
S25、生长电子阻挡层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为900℃～1000℃，压力为100Torr～300Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入TMIn作为In源。
S26、生长P型GaN层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为900℃～1050℃，压力为100Torr～600Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入CP2Mg作为P型掺杂源。
下面以具体实施例进一步阐述本发明。
实施例1
本实施例提供一种高光效LED外延片，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层。
衬底为蓝宝石衬底。
缓冲层为AlN缓冲层，厚度为15nm。
非掺杂GaN层的厚度为2μm。
N型GaN层的厚度为2μm，Si掺杂浓度为2.5×1019cm-3。
有源层包括依次层叠的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，周期数均为2。第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层均包括周期性交替层叠的复合量子阱层和量子垒层。复合量子阱层包括依次层叠的第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层和第四量子阱子层，第一量子阱子层为GaN层，厚度为5nm。第二量子阱子层为InGaN层，In组分占比为0.1，厚度为5nm。第三量子阱子层为AlInGaN层，Al组分占比为0.1，In组分占比为0.05，厚度为5nm。第四量子阱子层为GaN层，厚度为5nm。量子垒层为依次层叠的AlGaN量子垒层和GaN量子垒层，厚度为10nm，其中AlGaN量子垒层的Al组分占比为0.1。
第一超晶格层中的第一量子阱子层为Si掺杂的GaN层，Si掺杂浓度为1×1017cm-3。第三超晶格层中的第四量子阱子层为Mg掺杂的GaN层，Mg掺杂浓度为1×1019cm-3。
电子阻挡层为AlInGaN电子阻挡层，厚度为15nm，Al组分占比沿外延方向由0.01升高到0.05，In组分占比为0.01。
P型GaN层的厚度为15nm，Mg掺杂浓度为2×1020cm-3。
上述高光效LED外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供一衬底；
S2、在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层。具体的，S2包括以下步骤：
S21、生长缓冲层；
采用PVD生长AlN缓冲层，生长温度为550℃，功率为4000W，以Ar为溅射气体，以N2为前驱体，以Al为溅射靶材。将已镀完AlN缓冲层的衬底转入MOCVD中，在H2气氛下进行预处理，预处理时间为5min，预处理温度为1100℃。
S22、生长非掺杂GaN层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1100℃，压力为150Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源。
S23、生长N型AlGaN层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1120℃，压力为100Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入SiH4作为N型掺杂源。
S24、生长有源层；
采用MOCVD生长，分别生长第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，其中第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层的生长步骤均包括：生长复合量子阱层；控制反应室温度为850℃，压力为150Torr，生长量子垒层；重复层叠周期性生长复合量子阱层和量子垒层。具体的，复合量子阱层的生长包括以下步骤：
S241、生长第一量子阱子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为850℃，压力为150Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源。
第一超晶格层中，第一量子阱子层的生长方式为：采用MOCVD生长，控制反应室温度为850℃，压力为150Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入SiH4作为N型掺杂源。
S242、生长第二量子阱子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为795℃，压力为150Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源。
S243、生长第三量子阱子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为800℃，压力为150Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入TMIn作为In源。
S244、生长第四量子阱子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度870℃，压力为150Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源。
第三超晶格层中，第四量子阱子层的生长方式为：采用MOCVD生长，控制反应室温度为870℃，压力为150Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入CP2Mg作为P型掺杂源。
S25、生长电子阻挡层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为965℃，压力为200Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入TMIn作为In源。
S26、生长P型GaN层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为985℃，压力为200Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入CP2Mg作为P型掺杂源。
实施例2
本实施例提供一种高光效LED外延片，其与实施例1的区别在于，第一超晶格层中的第一量子阱子层为Si掺杂的GaN层，Si掺杂浓度为2.5×1017cm-3。第三超晶格层中的第四量子阱子层为Mg掺杂的GaN层，Mg掺杂浓度为6×1018cm-3。其余均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种高光效LED外延片，其与实施例2的区别在于，第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层的周期数分别为3、4、4。其余均与实施例2相同。
实施例4
本实施例提供一种高光效LED外延片，其与实施例3的区别在于，第一量子阱子层为GaN层，厚度为1.5nm。第二量子阱子层为InGaN层，In组分占比为0.1，厚度为3.5nm。第三量子阱子层为AlInGaN层，Al组分占比为0.1，In组分占比为0.05，厚度为1nm。第四量子阱子层为GaN层，厚度为2nm。其余均与实施例3相同。
实施例5
本实施例提供一种高光效LED外延片，其与实施例4的区别在于，第一量子阱子层的生长温度沿外延方向由850℃逐渐下降至795℃，第三量子阱子层的生长温度沿外延方向由795℃逐渐升高至870℃。其余均与实施例4相同。
对比例1
本对比例提供一种LED外延片，其与实施例1的区别在于，有源层包括周期性交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。相应的，在制备方法中，有源层的制备步骤具体如下：采用MOCVD生长，控制反应室温度为795℃，压力为200Torr，通入NH3作为N源，N2作为载气，通入TEGa作为Ga源，通入TMIn作为In源，生长InGaN量子阱层；控制反应室温度为855℃，保持压力不变，通入NH3作为N源，N2和H2作为载气，通入TEGa作为Ga源，生长GaN量子垒层；重复层叠周期性生长InGaN量子阱层和GaN量子垒层。其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种LED外延片，其与实施例1的区别在于，复合量子阱层不包括第一量子阱子层。相应的，在制备方法中，不包括第一量子阱子层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种LED外延片，其与实施例1的区别在于，复合量子阱层不包括第二量子阱子层。相应的，在制备方法中，不包括第二量子阱子层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
对比例4
本对比例提供一种LED外延片，其与实施例1的区别在于，复合量子阱层不包括第三量子阱子层。相应的，在制备方法中，不包括第三量子阱子层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
对比例5
本对比例提供一种LED外延片，其与实施例1的区别在于，复合量子阱层不包括第四量子阱子层。相应的，在制备方法中，不包括第四量子阱子层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
性能测试：
将实施例1～实施例5和对比例1～对比例5制得的LED外延片做成10mil×24mil的LED芯片，在120mA/60mA电流下测试，并计算实施例1～实施例5、对比例2～对比例5相较于对比例1的光效提升，结果如表1所示。
表1LED的性能测试结果
| 光效提升 | |
| 实施例1 | 3.2％ |
| 实施例2 | 3.8％ |
| 实施例3 | 4.1％ |
| 实施例4 | 4.5％ |
| 实施例5 | 4.9％ |
| 对比例1 | - |
| 对比例2 | 0.8％ |
| 对比例3 | 1.2％ |
| 对比例4 | 1.6％ |
| 对比例5 | 1.0％ |
由表中可以看出，采用本发明的高光效LED外延片的结构能够有效提升LED的发光效率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高光效LED外延片，其特征在于，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层，所述有源层包括依次层叠的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，所述第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层均包括周期性交替层叠的复合量子阱层和量子垒层；
所述复合量子阱层包括依次层叠的第一量子阱子层、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GaN层、InGaN层、AlGaN层、AlInGaN层中的一种或多种，所述第二量子阱子层为InGaN层，所述第三量子阱子层为AlInGaN层，所述第四量子阱子层为GaN层、InGaN层、AlGaN层、AlInGaN层中的一种或多种；
所述第一超晶格层中的第一量子阱子层为N型掺杂层，第四量子阱子层为非掺杂层；所述第二超晶格层中的第一量子阱子层为非掺杂层，第四量子阱子层为非掺杂层；所述第三超晶格层中的第一量子阱子层为非掺杂层，第四量子阱子层为P型掺杂层。
2.如权利要求1所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述第一超晶格层中的第一量子阱子层的Si掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3；所述第三超晶格层中的第四量子阱子层的Mg掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1019cm-3。
3.如权利要求1所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述第一量子阱子层的厚度为0.5nm～5nm；所述第二量子阱子层的厚度为1nm～10nm；所述第三量子阱子层的厚度为0.5nm～5nm；所述第四量子阱子层的厚度为0.5nm～5nm。
4.如权利要求1所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述第二量子阱子层的In组分占比为0.01～0.3；所述第三量子阱子层的In组分占比为0.01～0.3，Al组分占比为0.01～0.3。
5.如权利要求1所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层的周期数均为1～10。
6.如权利要求1所述的高光效LED外延片，其特征在于，所述量子垒层包括依次层叠的AlGaN量子垒层和GaN量子垒层，所述量子垒层的厚度为5nm～50nm；所述AlGaN量子垒层的Al组分占比为0.01～0.5。
7.一种高光效LED外延片的制备方法，用于制备如权利要求1～6任一项所述的高光效LED外延片，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层，所述有源层包括依次层叠的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，所述第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层均包括周期性交替层叠的复合量子阱层和量子垒层；
所述复合量子阱层包括依次层叠的第一量子阱子层、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GaN层、InGaN层、AlGaN层、AlInGaN层中的一种或多种，所述第二量子阱子层为InGaN层，所述第三量子阱子层为AlInGaN层，所述第四量子阱子层为GaN层、InGaN层、AlGaN层、AlInGaN层中的一种或多种；
所述第一超晶格层中的第一量子阱子层为N型掺杂层，第四量子阱子层为非掺杂层；所述第二超晶格层中的第一量子阱子层为非掺杂层，第四量子阱子层为非掺杂层；所述第三超晶格层中的第一量子阱子层为非掺杂层，第四量子阱子层为P型掺杂层。
8.如权利要求7所述的高光效LED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700℃～900℃，生长压力为50Torr～300Torr；
所述第二量子阱子层的生长温度为700℃～900℃，生长压力为50Torr～300Torr；
所述第三量子阱子层的生长温度为700℃～900℃，生长压力为50Torr～300Torr；
所述第四量子阱子层的生长温度为800℃～900℃，生长压力为50Torr～300Torr；
所述量子垒层的生长温度为800℃～1000℃，生长压力为50Torr～500Torr。
9.如权利要求8所述的高光效LED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沿外延方向逐渐降低；
所述第三量子阱子层的生长温度沿外延方向逐渐升高。
10.一种高光效LED，其特征在于，所述高光效LED包括如权利要求1～6中任一项所述的高光效LED外延片。
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