发光二极管及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种改善高温下发光效率的发光二极管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]氮化镓基发光二极管由于其高效的发光效率，目前已经广泛的应用在背光、照明、景观等各个光源领域。发光效率是LED芯片最重要的参数，通常我们讲的发光效率一般是指在室温25°C下测试的数据。半导体材料的一个重要特征是随着温度的升高，其特性发生显著变化。如LED芯片，随着温度的生长，其发光效率下降明显；LED灯具在工作时，其芯片工作环境温°C通常在25°C以上，尤其是在夏天或者散热较差的灯具中；进来发展起来的LED灯丝灯，其散热效果更差。如何提高高温下LED芯片的发光效率是当前外延研究的一个重要方向。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种发光二极管，通过设计发光阱区势皇的材料结构，实现对电子空穴限制能力的提高，显著改善LED芯片在高温下的发光效率。
[0004]本发明的技术方案为:发光二极管，包括第一类半导体层、第二类半导体层和夹在两者之间的有源层，所述有源层系由阱层和皇层交替构成的多量子阱结构，其中第一个皇层为铝组分自第一类半导体层至量子阱方向逐渐增加的第一 AlGaN渐变层，位于阱层中间的皇层为AlGaN/GaN/AlGaN多层势皇层，最后一个皇层为铝组分从量子阱至第二类半导体层方向逐渐减少的第二 AlGaN渐变层。
[0005]优选地，所述AlGaN/GaN/AlGaN多层势皇层的GaN层具有p型掺杂，如通过掺入少量的Mg原子后，可以提高高温下空穴的注入效率。
[0006]优选地，所述AlGaN/GaN/AlGaN多层势皇层中，AlGaN层的厚度为l~3nm，Al组分范围为5~20%，GaN层的厚度l~5nm，具有p型掺杂。
[0007]优选地，所述第一 AlGaN渐变层的厚度为3~15nm，开始端的A1组分是0，末端的A1组分 10-30%。
[0008]优选地，所述第二 AlGaN渐变层的厚度为3~15nm，其开始端的铝组分为10~30%，末端的铝组分是0。
[0009]上述有源层结构对LED芯片在高温下的发光效率改善明显。其中每两个发光量子阱之间的AlGaN/GaN/AlGaN势皇层能带比原有结构的单层GaN具有更高的能带带阶，可以更有效的把电子空穴对限制在量子讲内，降低电子空穴溢出几率，使他们在量子讲内发生车■射复合，提尚发光效率；而中间的GaN势皇层通过惨入少量的Mg原子后，可以提尚尚温下空穴的注入效率，有效维持LED芯片的电压不变；同时势皇层两边的AlGaN层也可阻止Mg原子扩散到量子阱，不会因为在势皇层中掺杂Mg引起量子阱中形成深的缺陷能级。第一 AlGaN渐变层在起到有效限制电子或空穴的作用同时，因为它的铝组分自第一类半导体至量子阱方向逐渐增加，因此不会引起第一类半导体内的电子难以注入量子阱区域。第二AlGaN势皇层的铝组分从量子阱至第二类半导体方向逐渐减少，也不会导致第二类半导体内的空穴难以注入量子阱区域。
[0010]本发明还提供了一种发光二极管的制作方法，包括生长第一类半导体层、有源层和第二类半导体层，其中所述有源层通过下面步骤形成:
1)生长铝组分渐变的第一AlGaN渐变层作为第一个皇层，其铝组分通过进入反应室的三甲基铝控制，开始点的三甲基铝流量为0，生长时三甲基铝流量逐渐增加；
2)生长第一个量子阱层；
3)生长中间势皇层，其结构为AlGaN/GaN/AlGaN多层势皇层；
4)重复生长上述量子阱层及上述中间势皇层，重复周期为η个，其中η多2;
5)生长完最后一个量子阱层后，生长铝组分渐变的第二AlGaN渐变层作为最后一个皇层，通过通入反应室的三甲基铝流量来控制，开始点的三甲基铝流量为最大，生长时三甲基招流量逐渐减少。
[0011 ] 优选地，所述步骤1)中形成的第一 AlGaN渐变层的厚度为3~15nm，开始端的A1组分为0，末端的A1组分为10-30%。
[0012]优选地，所述步骤2)形成的AlGaN/GaN/AlGaN多层势皇层中，GaN层具有p型掺杂ο
[0013]优选地，所述步骤2)形成的AlGaN/GaN/AlGaN多层势皇层中，AlGaN层的厚度为l~3nm, Al组分范围为5~20%，GaN层的厚度l~5nm，具有p型掺杂。
[0014]优选地，所述步骤5)形成的第二 AlGaN渐变层的厚度为3~15nm，其开始端的铝组分为10~30%，末端的铝组分是0。
[0015]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0016]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
[0017]图1为根据本发明实施的一种LED全结构图。
[0018]图2为根据本发明实施的有源层的能带图。
[0019]图中标号:
100:衬底；110:缓冲层；120:N 型 GaN 层；130:1nGaN/GaN 超晶格；140:有源层；141:第一个皇层；142:量子阱层；143:中间皇层；1431:AlGaN/GaN/AlGaN多层势皇层中的第一层；1432:AlGaN/GaN/AlGaN多层势皇层中的第二层；1433:AlGaN/GaN/AlGaN多层势皇层中的第三层；144:最后一个皇层；150:P型电子阻挡层；160:P型GaN层。
【具体实施方式】
[0020]下面结合示意图对本发明的发光二极管及其制作方法进行详细的描述，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0021]发光二极管在高温下发光效率降低的原因较多，主要原因有两个:第一个原因是高温下半导体材料的非辐射复合过程增加，更多的电子空穴对通过非辐射复合煙灭，产生多余的热量；另外一个原因是高温下电子空穴对的能量增加，更容易逃离芯片的量子阱发光区，最终有效发光效率降低。一方面，通过提高LED芯片发光区的晶体质量可以抑制非辐射中心，改善高温下发光效率降低的现象。另一方面，调整发光二极管的能带结构，抑制高温下载流子的溢出，可以增加发光载流子比例。
[0022]下面实施例提供了一种改善高温下发光效率的发光二极管，通过设计发光阱区势皇的材料结构，实现对电子空穴限制能力的提尚，可以有效抑制尚温下载流子的溢出，改善高温下LED芯片的发光效率。
[0023]请参看附图1和图2，一种改善高温下LED发光效率的外延结构，自下而上包括:衬底100、缓冲层110、N型GaN层120、InGaN/GaN超晶格130、有源层1