一种黄绿光发光二极管的外延片及制备方法

文档序号:10689237
一种黄绿光发光二极管的外延片及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种黄绿光发光二极管的外延片及制备方法,属于光电子制造技术领域。该外延片包括依次层叠的衬底、缓冲层、布拉格反射层、N型限制层、有源层、P型限制层、电流扩展层和欧姆接触层,外延片还包括应变阻挡层,应变阻挡层夹设在有源层和P型限制层之间,该制备方法包括:提供一衬底;在衬底上依次外延生长缓冲层、布拉格反射层、N型限制层、有源层、应变阻挡层、P型限制层、电流扩展层和欧姆接触层。通过在有源层和P型限制层之间设置应变阻挡层,由于应变阻挡层的能带高于P型限制层的能带,因此可以阻挡电子,防止电子溢流,这样就提高了空穴注入效率,减少了非辐射复合,从而提高了黄绿光LED的发光效率。
【专利说明】
一种黄绿光发光二极管的外延片及制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及光电子制造技术领域,特别涉及一种黄绿光发光二极管的外延片及制备方法。
【背景技术】
[0002]LED (Light Emitting D1de,发光二极管)具有体积小、寿命长、功耗低等优点,目前被广泛应用于汽车信号灯、交通信号灯、显示屏以及照明设备。
[0003]现有的LED主要包括欧姆接触层、电流扩展层、P型限制层(又称上限制层)、有源层、N型限制层(又称下限制层)、布拉格反射层、缓冲层以及衬底。
[0004]在实现本发明的过程中,发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005]由于电子的迀移率较高,电子可很快地从N型限制层到达有源层,而空穴的迀移率较低,这就使得会有较多的电子穿过有源层而在有源层之外与空穴复合,造成非辐射复合增加。

【发明内容】

[0006]为了解决黄绿光LED发光效率低的问题,本发明实施例提供了一种黄绿光发光二极管的外延片及制备方法。所述技术方案如下:
[0007]一方面,本发明实施例提供了一种黄绿光发光二极管的外延片,所述外延片包括依次层叠的衬底、缓冲层、布拉格反射层、N型限制层、有源层、P型限制层、电流扩展层和欧姆接触层,其特征在于,所述外延片还包括应变阻挡层,所述应变阻挡层夹设在所述有源层和所述P型限制层之间,所述应变阻挡层为非掺杂AllnP,所述P型限制层为AllnP,其中,所述应变阻挡层的Al组分高于所述P型限制层的Al组分。
[0008]优选地,所述外延片还包括空穴积累层,所述空穴积累层夹设在所述有源层和所述应变阻挡层之间,所述空穴积累层为(412631-2)0.5111().5?,所述有源层为(4]^311)0.5ln0.5P,其中,0〈y〈0.4,y〈z<0.8。
[0009]进一步地,所述外延片还包括谐振隧穿层,所述谐振隧穿层夹设在所述N型限制层和所述有源层之间,所述谐振隧穿层为非掺杂(AlxGa1-x)Q.5ln0.5P,其中,y<x彡I。
[0010]可选地,所述谐振隧穿层的厚度为20?50nm。
[0011]优选地,所述空穴积累层的厚度为50?lOOnm。
[0012]可选地,所述空穴积累层包括层叠的多层(AlzGa1-z)0.5ln0.5P,所述多层(八14&1-2)0.5111().#的2值不相同,且z值沿从所述有源层指向所述P型限制层的方向逐层增加。
[0013]进一步地,所述应变阻挡层的厚度为20?40nm。
[0014]另一方面,本发明实施例还提供了一种外延片的制备方法,所述制备方法包括:
[0015]提供一衬底;
[0016]在所述衬底上依次外延生长缓冲层、布拉格反射层、N型限制层、有源层、应变阻挡层、P型限制层、电流扩展层和欧姆接触层,其中,所述应变阻挡层为非掺杂AllnP,所述P型限制层为AllnP,且所述应变阻挡层的Al组分高于所述P型限制层的Al组分。
[0017]进一步地,在生长完所述有源层之后,生长所述P型限制层之前,所述制备方法还包括:
[0018]在所述有源层上生长空穴积累层,其中,所述空穴积累层为(AlzGa^ksIn0.sP,所述有源层为(AlyGai—ykdn0.sP,且0〈y〈0.4,y〈z 彡0.8。
[0019]优选地,在生长完所述N型限制层之后,生长所述有源层之前,所述制备方法还包括:
[0020]在所述N型限制层上生长谐振隧穿层,其中,所述谐振隧穿层为非掺杂
(AlxGa1-x)0.51 n0.5P,且 y^x^l。
[0021]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:通过在有源层和P型限制层之间设置应变阻挡层,应变阻挡层的Al组分高于P型限制层的Al组分,使得应变阻挡层的能带高于P型限制层的能带,因此可以阻挡电子,防止电子溢流,这样就提高了空穴注入效率,减少了非辐射复合,从而提高了黄绿光LED的发光效率。
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅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。
[0023]图1是本发明实施例提供的一种黄绿光发光二极管的外延片的结构图;
[0024]图2是本发明实施例提供的一种黄绿光发光二极管的布拉格反射层的结构示意图;
[0025]图3是本发明实施例提供的一种黄绿光发光二极管的有源层的结构示意图;
[0026]图4是本发明实施例提供的另一种黄绿光发光二极管的外延片的结构图;
[0027]图5是本发明实施例提供的一种黄绿光发光二极管的外延片的能带结构示意图;
[0028]图6是本发明实施例提供的一种黄绿光发光二极管的外延片的制备方法流程图。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0030]本发明实施例提供了一种黄绿光发光二极管的外延片,图1是本发明实施例提供的一种黄绿光发光二极管的外延片的结构图,如图1所示,该外延片包括依次层叠的衬底U、缓冲层12、布拉格反射层13、N型限制层14、有源层15、P型限制层17、电流扩展层18和欧姆接触层19,该外延片还包括应变阻挡层16,应变阻挡层16夹设在有源层15和P型限制层17之间,应变阻挡层16为非掺杂Α1ΙηΡ,Ρ型限制层17为AllnP,其中,应变阻挡层16的Al组分高于P型限制层17的Al组分。
[0031]本发明实施例通过在有源层和P型限制层之间设置应变阻挡层,应变阻挡层的Al组分高于P型限制层的Al组分,使得应变阻挡层的能带高于P型限制层的能带,因此可以阻挡电子,防止电子溢流,这样就提高了空穴注入效率,减少了非辐射复合,从而提高了黄绿光LED的发光效率。
[0032]实现时,衬底11可以选用2或4寸的100面偏向《111 ))A+5° GaAs衬底。
[0033]可选地,缓冲层12可以为GaAs,缓冲层12掺杂浓度可以为6*10—17?2*10—18cm—3,掺杂杂质可以为硅元素。
[0034]优选地,缓冲层12的掺杂浓度为10—18cm—3。若缓冲层12的掺杂浓度过小,会造成缓冲层12电阻过大,使得电压偏高;若掺杂浓度过大,则会影响晶格质量,降低LED亮度。
[0035]图2是本发明实施例提供的一种黄绿光发光二极管的布拉格反射层的结构示意图,优选地,如图2所示,布拉格反射层13包括交替层叠的AlAs层13a和AbGa1-Ms层13b,其中,β = 0.46?0.5,通过设置多层结构的布拉格反射层14,可以增强对光线的反射作用,提高LED的亮度。
[0036]具体地,AlAs层13a和AlpGai—pAs层13b的层数之和可以为30?60。
[0037]此外,每一层AlAs层13a的厚度和每一层AlfsGa1-fiAs层13b的厚度可以根据所要反射的光的波长进行调整,以使布拉格反射层13可以反射合适波长的光。
[0038]需要说明的是,为了便于说明,图2中仅显示出了布拉格反射层13的部分结构。
[0039]进一步地,N型限制层14可以为AllnP,厚度可以为200?500nm。
[0040]图3是本发明实施例提供的一种黄绿光发光二极管的有源层的结构示意图,实现时,有源层15可以包括交替层叠的多层量子阱层15b和多层量子皇层15a,其中,每一层量子讲层15b的厚度可以为3?5nm,每一层量子皇层15a的厚度可以为5?7nm。
[0041]需要说明的是,量子阱层15b和量子皇层15a均为AlGalnP,但是量子阱层15b和量子皇层15a中Al和In的组分不同。
[0042]此外,应变阻挡层16可以为非掺杂六1。1111-0^,其中,0.5〈€[〈0.75,应变阻挡层16中Al的组分比P型限制层17(P型限制层中Al组分为Α1ο.5Ιηο.5Ρ)高,从而使得应变阻挡层16的禁带宽度比P型限制层17的禁带宽度大,可以防止电子溢流,提高空穴注入的效率。
[0043]优选地,应变阻挡层16的厚度为20?40nm。若应变阻挡层16的厚度太薄,则无法起到防止电子溢流和提高空穴注入的效率的作用;若应变阻挡层16的厚度太厚,则由于应变阻挡层16为非掺杂,会导致应变阻挡层16电阻过大,而使得电压偏高。
[0044]优选地,P型限制层17可以为AllnP,厚度可以为400?600nm。
[0045]优选地,电流扩展层18的掺杂浓度可以为2*10—18?8*10—18cm—3,掺杂杂质可以为镁元素。若掺杂浓度过小,则会由于电阻过大而造成电压偏高;若掺杂浓度过大,则会影响晶格质量,从而影响发光亮度。
[0046]进一步地,电流扩展层18的厚度可以为8?ΙΟμπι。若电流扩展层18的厚度过小,则会影响到电流扩展;若电流扩展层18的厚度过大,则会造成外延片翘曲度增加,甚至导致外延片在生长过程中飞出等不良后果。
[0047]可选地,欧姆接触层19的掺杂浓度可以为3*10—19?10—2()Cm—3,掺杂杂质可以为碳元素。若掺杂浓度过小,则可能会由于电阻过大而造成电压偏高;若掺杂浓度过大,则会影响晶格质量,降低LED亮度。
[0048]进一步地,欧姆接触层19的厚度可以为30?lOOnm。若欧姆接触层19的厚度过小,则会增大欧姆接触层19不同区域的方阻的差异,造成电流不均匀;若欧姆接触层19的厚度过大,则会降低LED的亮度。
[0049]图4是本发明实施例提供的另一种黄绿光发光二极管的外延片的结构图,如图4所示,该外延片还包括空穴积累层20,空穴积累层20夹设在有源层15和应变阻挡层16之间,空穴积累层为014&1—2)().51加.5?,有源层为014&11)().51加.5?,其中,0〈7〈0.4,7〈2彡0.8,空穴积累层20可以在有源层15和P型限制层17之间形成一个势阱,有利于空穴的积累,在外加电压的作用下,空穴积累层20中聚集的空穴会被注入到有源层15中,从而进一步提高了空穴的注入效率,有利于电子和空穴在有源层15中复合,从而进一步提高了黄绿光LED的发光效率。
[0050]优选地,空穴积累层20可以包括多层(AlzGa1-Zk5IntL5P,多层(AlzGa1-Zk5IntL5P层叠设置,通过多层结构的空穴积累层20以增强对空穴的积累作用,进一步提高空穴的注入效率。
[0051 ]此外,空穴积累层20的厚度可以为50?lOOnm。若空穴积累层20的厚度太薄,则无法起到积累空穴的作用;若空穴积累层20的厚度太厚,则会影响空穴注入到有源层15中。
[0052]该外延片还可以包括谐振隧穿层21,谐振隧穿层21夹设在N型限制层14和有源层15之间,谐振險穿层为非惨杂(AlxGa1-x)0.5ln0.5P,其中,y<x^il,由于谐振險穿层21中的Al组分大于或等于有源层15中的Al组分,因此使得谐振隧穿层21的底部能级大于或等于量子阱层15b的最低能级,从而使得电子可以隧穿到有源层15中,同时阻挡空穴,避免空穴与电子在N型限制层14中复合,谐振隧穿层21可以在电子到达有源层15之前对电子进行俘获和限制,削弱电子的能量,降低电子的迀移率,从而可以减少电子的溢流,提高了电子注入到有源层15中的数量,增加了电子与空穴在有源层15中复合的几率,进一步提高了黄绿光LED的发光效率。
[0053]优选地,x= y,当x = y时,可以使得电子在穿过谐振隧穿层21后的能级降低到与量子阱层15b—致,使电子可以更加均匀的进入到有源层15中。
[0054]此外,谐振隧穿层21的厚度为20?50nm。若谐振隧穿层21的厚度太薄,则无法起到积累电子的作用;若谐振隧穿层21的厚度太厚,则会影响电子注入到有源层15中。
[0055]图5是本发明实施例提供的一种黄绿光发光二极管的外延片的能带结构示意图,如图5所示,空穴积累层20的能带高于有源层15中的量子阱层15b的能带,同时低于P型限制层17的能带,从而使得在有源层15和P型限制层17之间形成一个势阱,以实现对空穴的积累。
[0056]实现时,可以通过调整有源层(AlyGa1-y)0.5In0.5P中铝元素的组分,也就是y的数值,改变LED所发出的光的波长,从而可以调整LED所发出的光的颜色。
[0057]本发明实施例还提供了一种外延片的制备方法,图6是本发明实施例提供的一种黄绿光发光二极管的外延片的制备方法流程图,如图6所示,该制备方法包括:
[0058]Sll:提供一衬底。
[0059]本实施例中,选用GaAs衬底。
[0060]S12:在衬底上依次外延生长缓冲层、布拉格反射层、N型限制层、有源层、应变阻挡层、P型限制层、电流扩展层和欧姆接触层,其中,应变阻挡层为非掺杂Α1ΙηΡ,Ρ型限制层为AllnP,且应变阻挡层的Al组分高于P型限制层的Al组分。
[0061]本发明实施例通过在有源层和P型限制层之间设置应变阻挡层,由于应变阻挡层的能带高于P型限制层的能带,因此可以阻挡电子,防止电子溢流,这样就提高了空穴注入效率,减少了非辐射复合,从而提高了黄绿光LED的发光效率。
[0062]具体地,衬底可以选用2或4寸的100面偏向《111 ))A+5° GaAs衬底。
[0063]可选地,缓冲层可以为GaAs,缓冲层的掺杂浓度可以为6*10—17?2*10—18cm—3,掺杂杂质可以为硅元素。
[0064]优选地,缓冲层的掺杂浓度为10—18cm—3,若缓冲层的掺杂浓度过小,会造成缓冲层电阻过大,使得电压偏高,若掺杂浓度过大,则会影响晶格质量,降低LED亮度。
[0005]此外,在生长布拉格反射层时,采用AlAs层和AbGa1-fsAs层交替生长的方式,其中,β = 0.46?0.5,AlAs层和AlpGai—pAs层的层数之和可以为30?60。
[0066]需要说明的是,在生长布拉格反射层时,需要根据所要反射的光的波长控制每一层AlAs层的厚度和每一层AbGa1-fsAs层的厚度,以使布拉格反射层可以反射合适波长的光。
[0067]优选地,在生长完有源层之后,生长P型限制层之前,制备方法还可以包括:
[0068]在有源层上生长空穴积累层。
[0069]具体地,空穴积累层可以为(AlzGa1-Z)fL5In0.5P,有源层为(AlyGa1I)(L5Int).5P,有源层为(AlyGai—ykdn0.sP,其中,0〈y〈0.4,y〈z 彡0.8。
[0070]进一步地,在生长完N型限制层之后,生长有源层之前,制备方法还包括:
[0071]在N型限制层上生长谐振隧穿层。
[0072]具体地,谐振隧穿层为非掺杂(AlxGa1-χ)ο.5Ιηο.5Ρ,其中,y彡χ<1。
[0073]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】
1.一种黄绿光发光二极管的外延片,所述外延片包括依次层叠的衬底、缓冲层、布拉格反射层、N型限制层、有源层、P型限制层、电流扩展层和欧姆接触层,其特征在于,所述外延片还包括应变阻挡层,所述应变阻挡层夹设在所述有源层和所述P型限制层之间,所述应变阻挡层为非掺杂AlInP层,所述P型限制层为AlInP层,其中,所述应变阻挡层的Al组分含量高于所述P型限制层的Al组分含量。2.根据权利要求1所述的外延片,其特征在于,所述外延片还包括空穴积累层,所述空穴积累层夹设在所述有源层和所述应变阻挡层之间,所述空穴积累层为(AlzGa1-z)0.5P层,所述有源层为(AlyGai-y)0.5In0.5P层,其中,0〈y〈0.4,y〈z<0.8。3.根据权利要求2所述的外延片,其特征在于,所述外延片还包括谐振隧穿层,所述谐振隧穿层夹设在所述N型限制层和所述有源层之间,所述谐振隧穿层为非掺杂(AlxGah)(AlxGa1-x)0.5P层,其中,y<x<l。4.根据权利要求2所述的外延片,其特征在于,所述谐振隧穿层的厚度为20?50nm。5.根据权利要求2所述的外延片,其特征在于,所述空穴积累层的厚度为50?lOOnm。6.根据权利要求2所述的外延片,其特征在于,所述空穴积累层包括层叠的多层(AlzGa1-z)0.5P,所述多层(AlzGa1-z)0.5P的2值不相同,且Z值沿从所述有源层指向所述P型限制层的方向逐层增加。7.根据权利要求1所述的外延片,其特征在于,所述应变阻挡层的厚度为20?40nm。8.一种外延片的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括: 提供一衬底; 在所述衬底上依次外延生长缓冲层、布拉格反射层、N型限制层、有源层、应变阻挡层、P型限制层、电流扩展层和欧姆接触层,其中,所述应变阻挡层为非掺杂AllnP,所述P型限制层为AllnP,且所述应变阻挡层的Al组分高于所述P型限制层的Al组分。9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,在生长完所述有源层之后,生长所述P型限制层之前,所述制备方法还包括: 在所述有源层上生长空穴积累层,其中,所述空穴积累层为(AlzGa1-z)0.5P,所述有源层为(AlyGa1—y)0.5In0.5P,且0〈y〈0.4,y〈z<0.8。10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,在生长完所述N型限制层之后,生长所述有源层之前,所述制备方法还包括: 在所述N型限制层上生长谐振隧穿层,其中,所述谐振隧穿层为非掺杂(AlxGa1-x).0.5In0.5P,且y<x<l0
【文档编号】H01L33/14GK106057997SQ201610486621
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】孙炳蔚, 王世俊, 邢振远, 李彤, 董耀尽
【申请人】华灿光电(苏州)有限公司
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