子阱的宽度有关，上述结构优化生长的外延片由于量子阱厚度的不同所受量子束缚斯塔克效应的影响程度不同，导致量子阱层的能带结构中的基态能量分布发生明显的变化，即靠近N型GaN层的量子阱层厚所受量子束缚斯塔克效应的影响较大，基态能量较低，而靠近P型GaN载流子层的量子阱层要薄些，受量子束缚斯塔克效应的影响较小，基态能量较大;量子阱中的这种基态分布特点使得在外加电流的作用下，电子的传输效率降低，降低电子的传输效率能给空穴更多的机会传输更远的距离，使得空穴的传输效率增加，既抑制了电子的溢漏同时增加空穴的传输距离，改善了电子和空穴的分布，大大提高了多量子阱有源层中空穴和电子分布的对称度，大大提高了电子和空穴在多量子阱层中的复合效率，进而提高了 LED芯片的发光效率，尤其是大电流密度下LED芯片的发光效率。
[0039]图2是本发明实施例提供的一种具有新型量子阱的发光二极管外延片制备方法的流程图，适用于蓝绿光波的GaN基LED，参见图2，该方法包括:
[0040]步骤200:提供一衬底。
[0041 ]在本实施例中，衬底包括但不限于蓝宝石衬底。
[0042]具体地，步骤200可以包括:将放置在石墨盘中蓝宝石衬底送入反应腔中，并加热反应腔至1000?1100°C，增大反应腔内压强至500torr，对蓝宝石衬底进行5min的预处理。
[0043]步骤201，在衬底上依次生长u型GaN层和N型GaN层。
[0044]具体地，步骤201可以包括:加热反应腔至1100?1200°C，降低反应腔内压强至200torr，在蓝宝石衬底上生长一层I?4um(优选2um)厚的u型GaN层；
[0045]保持反应腔内温度为1100?1200 °C，保持反应腔内压强为200torr，在u型GaN层上生长一层I?4um(优选2um)厚掺Si的N型GaN层。
[0046]步骤202，在N型GaN层上生长多量子阱有源层，该多量子阱有源层包括交替生长的M+N个量子阱层和M+N个量子皇层，M和N均为大于I的正整数。
[0047]具体地，步骤202可以包括:保持反应腔内压强为200tOrr，同时降低反应腔内温度，在N型GaN层上生长一层多量子阱有源层，该多量子阱有源层包括M+N个量子阱层、和M+N个与InGaN阱层交替生长的量子皇层，其中，量子阱层的生长温度为750?780°C;量子皇层的生长温度为900°C。其中，量子阱层为InGaN阱层，量子皇层123为GaN皇层;M+N个量子皇层中靠近N型GaN层的M个量子阱层的厚度逐渐变化，且靠近N型GaN层的量子阱层的厚度大于靠近P型GaN载流子层的量子阱层的厚度，M+N个量子阱层中靠近P型GaN载流子层的N个量子阱层113的厚度均小于M个量子阱层的厚度，M与N的差值为O或I。
[0048]在本发明实施例中，N个量子阱层的厚度可以相等。将N个量子阱层113的厚度相等设置，可以使得发光二极管的发光波长获得较好的集中度。
[0049]在本发明实施例中，N个量子阱层的厚度均为D，2.5nm<D < 3.4nm。将N个量子阱层113的厚度设置在上述范围内，可以保证量子阱层的晶体质量，从而保证发光二极管的亮度。
[0050]优选地，D为3.2nm。
[0051 ] 其中，InGaN阱层和量子皇层的层数均为6，即M+N为6，M = N=3。
[0052]当M= 3时，靠近N型GaN层的3个量子阱层的厚度分别为dl、d2和d3，4.5nm Sdl <6nm,4nm < d2 < 4.4nm,3.5nm< d3 < 4nm，将靠近N型GaN层的3个量子讲层的厚度做如上设置，能够更好的改善载流子的传输，提高载流子分布的对称性，进而提高发光效率。
[0053]优选地，dl的取值为4.5nm，d2的取值为4nm，d3的取值为3.5nm。
[0054]进一步地，量子皇层的厚度为6nm?20nm(优选为9?15nm)。
[0055]步骤203，在多量子阱有源层上生长P型GaN载流子层。
[0056]具体地，步骤203可以包括:加热反应腔至940?970 °C，保持反应腔内压强为200torr，在多量子阱有源层上生长一层100?500nm(优选200nm)厚掺Mg的P型GaN载流子层。
[0057]本发明提供的外延片制备方法制出的外延片包括:衬底，和依次覆盖在衬底上的u型GaN层、N型GaN层、多量子阱有源层以及P型GaN载流子层，其中多量子阱有源层由M+N个量子阱层和M+N个量子皇层构成，M+N个量子阱层中靠近N型GaN层的M个量子阱层的厚度逐渐变化，且靠近N型GaN层的量子阱层的厚度大于靠近P型GaN载流子层的量子阱层的厚度，M+N个量子阱层中靠近P型GaN载流子层的N个量子阱层的厚度均小于M个量子阱层的厚度。即在多量子阱有源层中，量子阱层的厚度，在靠近N型GaN层的一半量子阱层中逐渐变薄，然后另一半靠近P型GaN载流子层的量子阱层厚度比靠近N型GaN层的一半量子阱层的厚度薄；由于量子阱层的能带结构中的基态能量分布跟量子阱的宽度有关，上述结构优化生长的外延片由于量子阱厚度的不同所受量子束缚斯塔克效应的影响程度不同，导致量子阱层的能带结构中的基态能量分布发生明显的变化，即靠近N型GaN层的量子阱层厚所受量子束缚斯塔克效应的影响较大，基态能量较低，而靠近P型GaN载流子层的量子阱层要薄些，受量子束缚斯塔克效应的影响较小，基态能量较大;量子阱中的这种基态分布特点使得在外加电流的作用下，电子的传输效率降低，降低电子的传输效率能给空穴更多的机会传输更远的距离，使得空穴的传输效率增加，既抑制了电子的溢漏同时增加空穴的传输距离，改善了电子和空穴的分布，大大提高了多量子阱有源层中空穴和电子分布的对称度，大大提高了电子和空穴在多量子阱层中的复合效率，进而提高了LED芯片的发光效率，尤其是大电流密度下LED芯片的发光效率。
[0058]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种具有新型量子阱的发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括:衬底，以及依次覆盖在所述衬底上的U型GaN层、N型GaN层、多量子阱有源层和P型GaN载流子层，所述多量子阱有源层包括交替生长的M+N个量子阱层和M+N个量子皇层，所述量子阱层为InGaN阱层，所述量子皇层为GaN皇层； 其特征在于，所述M+N个量子阱层中靠近所述N型GaN层的M个所述量子阱层的厚度逐渐变化，且在所述M+N个量子阱层中靠近所述N型GaN层的M个所述量子阱层中，靠近所述N型GaN层的量子阱层的厚度大于靠近所述P型GaN载流子层的量子阱层的厚度，所述M+N个量子阱层中靠近所述P型GaN载流子层的N个所述量子阱层的厚度均小于所述M个所述量子阱层的厚度，M和N均为大于I的正整数，且M与N的差值为O或I。2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述N个所述量子阱层的厚度相等。3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述N个所述量子阱层的厚度均为D，2.5nm < D < 3.4nm。4.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述M+N为6。5.根据权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，靠近所述N型GaN层的3个所述量子讲层的厚度分别为 dl、d2 和 d3，4.5nm< dl < 6nm, 4nm < d2 < 4.4nm, 3.5nm < d3 < 4nm。6.—种具有新型量子阱的发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述方法包括: 提供一衬底； 在所述衬底上依次生长u型GaN层和N型GaN层； 在所述N型GaN层上生长多量子阱有源层，所述多量子阱有源层包括交替生长的M+N个量子讲层和M+N个量子皇层，所述量子讲层为InGaN讲层，所述量子皇层为GaN皇层，所述M+N个量子阱层中靠近所述N型GaN层的M个所述量子阱层的厚度逐渐变化，且在所述M+N个量子阱层中靠近所述N型GaN层的M个所述量子阱层中，靠近所述N型GaN层的量子阱层的厚度大于靠近所述P型GaN载流子层的量子阱层的厚度，所述M+N个量子阱层中靠近所述P型GaN载流子层的N个所述量子阱层的厚度均小于所述M个所述量子阱层的厚度，均为大于I的正整数，且M与N的差值为O或I ； 在所述多量子阱有源层上生长所述P型GaN载流子层。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述N个所述量子阱层的厚度相等。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述N个所述量子阱层的厚度均为D，2.5nm<D <3.4nm09.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，所述M+N为6。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，靠近所述N型GaN层的3个所述量子阱层的厚度分别为dl、d2和d3，4.5nm < dl < 6nm，4nm < d2 < 4.4nm，3.5nm < d3 < 4nm0
【专利摘要】本发明公开了一种具有新型量子阱的发光二极管外延片及其制备方法，属于发光二极管领域。所述发光二极管外延片包括：衬底，以及依次覆盖在衬底上的u型GaN层、N型GaN层、多量子阱有源层和P型GaN载流子层，多量子阱有源层包括交替生长的M+N个量子阱层和M+N个量子垒层，量子阱层为InGaN阱层，量子垒层为GaN垒层；M+N个量子阱层中靠近N型GaN层的M个量子阱层的厚度逐渐变化，且在M+N个量子阱层中靠近N型GaN层的M个量子阱层中，靠近N型GaN层的量子阱层的厚度大于靠近P型GaN载流子层的量子阱层的厚度，M+N个量子阱层中靠近P型GaN载流子层的N个量子阱层的厚度均小于M个量子阱层的厚度，M和N均为大于1的正整数，且M与N的差值为0或1。
【IPC分类】H01L33/00, H01L33/06, H01L33/32
【公开号】CN105609601
【申请号】CN201610098456
【发明人】孙玉芹, 董彬忠, 王江波
【申请人】华灿光电股份有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年2月23日