一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片及制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片及制備方法，屬于光電子制造技術(shù)領(lǐng)域。該外延片包括依次層疊的襯底、緩沖層、布拉格反射層、N型限制層、有源層、P型限制層、電流擴(kuò)展層和歐姆接觸層，外延片還包括應(yīng)變阻擋層，應(yīng)變阻擋層夾設(shè)在有源層和P型限制層之間，該制備方法包括：提供一襯底；在襯底上依次外延生長(zhǎng)緩沖層、布拉格反射層、N型限制層、有源層、應(yīng)變阻擋層、P型限制層、電流擴(kuò)展層和歐姆接觸層。通過(guò)在有源層和P型限制層之間設(shè)置應(yīng)變阻擋層，由于應(yīng)變阻擋層的能帶高于P型限制層的能帶，因此可以阻擋電子，防止電子溢流，這樣就提高了空穴注入效率，減少了非輻射復(fù)合，從而提高了黃綠光LED的發(fā)光效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光電子制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LED (Light Emitting D1de，發(fā)光二極管)具有體積小、壽命長(zhǎng)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)信號(hào)燈、交通信號(hào)燈、顯示屏以及照明設(shè)備。
[0003]現(xiàn)有的LED主要包括歐姆接觸層、電流擴(kuò)展層、P型限制層(又稱(chēng)上限制層)、有源層、N型限制層(又稱(chēng)下限制層)、布拉格反射層、緩沖層以及襯底。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題:
[0005]由于電子的迀移率較高，電子可很快地從N型限制層到達(dá)有源層，而空穴的迀移率較低，這就使得會(huì)有較多的電子穿過(guò)有源層而在有源層之外與空穴復(fù)合，造成非輻射復(fù)合增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決黃綠光LED發(fā)光效率低的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片及制備方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括依次層疊的襯底、緩沖層、布拉格反射層、N型限制層、有源層、P型限制層、電流擴(kuò)展層和歐姆接觸層，其特征在于，所述外延片還包括應(yīng)變阻擋層，所述應(yīng)變阻擋層夾設(shè)在所述有源層和所述P型限制層之間，所述應(yīng)變阻擋層為非摻雜AllnP，所述P型限制層為AllnP，其中，所述應(yīng)變阻擋層的Al組分高于所述P型限制層的Al組分。
[0008]優(yōu)選地，所述外延片還包括空穴積累層，所述空穴積累層夾設(shè)在所述有源層和所述應(yīng)變阻擋層之間，所述空穴積累層為(412631-2)0.5111().5?，所述有源層為(4]^311)0.5ln0.5P，其中，0〈y〈0.4，y〈z<0.8。
[0009]進(jìn)一步地，所述外延片還包括諧振隧穿層，所述諧振隧穿層夾設(shè)在所述N型限制層和所述有源層之間，所述諧振隧穿層為非摻雜(AlxGa1-x)Q.5ln0.5P，其中，y<x彡I。
[0010]可選地，所述諧振隧穿層的厚度為20?50nm。
[0011]優(yōu)選地，所述空穴積累層的厚度為50?lOOnm。
[0012]可選地，所述空穴積累層包括層疊的多層(AlzGa1-z)0.5ln0.5P，所述多層(八14&1-2)0.5111().#的2值不相同，且z值沿從所述有源層指向所述P型限制層的方向逐層增加。
[0013]進(jìn)一步地，所述應(yīng)變阻擋層的厚度為20?40nm。
[0014]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種外延片的制備方法，所述制備方法包括:
[0015]提供一襯底；
[0016]在所述襯底上依次外延生長(zhǎng)緩沖層、布拉格反射層、N型限制層、有源層、應(yīng)變阻擋層、P型限制層、電流擴(kuò)展層和歐姆接觸層，其中，所述應(yīng)變阻擋層為非摻雜AllnP，所述P型限制層為AllnP，且所述應(yīng)變阻擋層的Al組分高于所述P型限制層的Al組分。
[0017]進(jìn)一步地，在生長(zhǎng)完所述有源層之后，生長(zhǎng)所述P型限制層之前，所述制備方法還包括:
[0018]在所述有源層上生長(zhǎng)空穴積累層，其中，所述空穴積累層為(AlzGa^ksIn0.sP，所述有源層為(AlyGai—ykdn0.sP，且0〈y〈0.4，y〈z 彡0.8。
[0019]優(yōu)選地，在生長(zhǎng)完所述N型限制層之后，生長(zhǎng)所述有源層之前，所述制備方法還包括:
[0020]在所述N型限制層上生長(zhǎng)諧振隧穿層，其中，所述諧振隧穿層為非摻雜
(AlxGa1-x)0.51 n0.5P，且 y^x^l。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:通過(guò)在有源層和P型限制層之間設(shè)置應(yīng)變阻擋層，應(yīng)變阻擋層的Al組分高于P型限制層的Al組分，使得應(yīng)變阻擋層的能帶高于P型限制層的能帶，因此可以阻擋電子，防止電子溢流，這樣就提高了空穴注入效率，減少了非輻射復(fù)合，從而提高了黃綠光LED的發(fā)光效率。
【附圖說(shuō)明】
[0022]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黃綠光發(fā)光二極管的布拉格反射層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黃綠光發(fā)光二極管的有源層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片的能帶結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片的制備方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片，圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，該外延片包括依次層疊的襯底U、緩沖層12、布拉格反射層13、N型限制層14、有源層15、P型限制層17、電流擴(kuò)展層18和歐姆接觸層19，該外延片還包括應(yīng)變阻擋層16，應(yīng)變阻擋層16夾設(shè)在有源層15和P型限制層17之間，應(yīng)變阻擋層16為非摻雜Α1ΙηΡ，Ρ型限制層17為AllnP，其中，應(yīng)變阻擋層16的Al組分高于P型限制層17的Al組分。
[0031]本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)在有源層和P型限制層之間設(shè)置應(yīng)變阻擋層，應(yīng)變阻擋層的Al組分高于P型限制層的Al組分，使得應(yīng)變阻擋層的能帶高于P型限制層的能帶，因此可以阻擋電子，防止電子溢流，這樣就提高了空穴注入效率，減少了非輻射復(fù)合，從而提高了黃綠光LED的發(fā)光效率。
[0032]實(shí)現(xiàn)時(shí)，襯底11可以選用2或4寸的100面偏向《111 ))A+5° GaAs襯底。
[0033]可選地，緩沖層12可以為GaAs，緩沖層12摻雜濃度可以為6*10—17?2*10—18cm—3，摻雜雜質(zhì)可以為硅元素。
[0034]優(yōu)選地，緩沖層12的摻雜濃度為10—18cm—3。若緩沖層12的摻雜濃度過(guò)小，會(huì)造成緩沖層12電阻過(guò)大，使得電壓偏高;若摻雜濃度過(guò)大，則會(huì)影響晶格質(zhì)量，降低LED亮度。
[0035]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黃綠光發(fā)光二極管的布拉格反射層的結(jié)構(gòu)示意圖，優(yōu)選地，如圖2所示，布拉格反射層13包括交替層疊的AlAs層13a和AbGa1-Ms層13b，其中，β = 0.46?0.5，通過(guò)設(shè)置多層結(jié)構(gòu)的布拉格反射層14，可以增強(qiáng)對(duì)光線的反射作用，提高LED的亮度。
[0036]具體地，AlAs層13a和AlpGai—pAs層13b的層數(shù)之和可以為30?60。
[0037]此外，每一層AlAs層13a的厚度和每一層AlfsGa1-fiAs層13b的厚度可以根據(jù)所要反射的光的波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整，以使布拉格反射層13可以反射合適波長(zhǎng)的光。
[0038]需要說(shuō)明的是，為了便于說(shuō)明，圖2中僅顯示出了布拉格反射層13的部分結(jié)構(gòu)。
[0039]進(jìn)一步地，N型限制層14可以為AllnP，厚度可以為200?500nm。
[0040]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黃綠光發(fā)光二極管的有源層的結(jié)構(gòu)示意圖，實(shí)現(xiàn)時(shí)，有源層15可以包括交替層疊的多層量子阱層15b和多層量子皇層15a，其中，每一層量子講層15b的厚度可以為3?5nm，每一層量子皇層15a的厚度可以為5?7nm。
[0041]需要說(shuō)明的是，量子阱層15b和量子皇層15a均為AlGalnP，但是量子阱層15b和量子皇層15a中Al和In的組分不同。
[0042]此外，應(yīng)變阻擋層16可以為非摻雜六1。1111-0^，其中，0.5〈€[〈0.75，應(yīng)變阻擋層16中Al的組分比P型限制層17(P型限制層中Al組分為Α1ο.5Ιηο.5Ρ)高，從而使得應(yīng)變阻擋層16的禁帶寬度比P型限制層17的禁帶寬度大，可以防止電子溢流，提高空穴注入的效率。
[0043]優(yōu)選地，應(yīng)變阻擋層16的厚度為20?40nm。若應(yīng)變阻擋層16的厚度太薄，則無(wú)法起到防止電子溢流和提高空穴注入的效率的作用;若應(yīng)變阻擋層16的厚度太厚，則由于應(yīng)變阻擋層16為非摻雜，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變阻擋層16電阻過(guò)大，而使得電壓偏高。
[0044]優(yōu)選地，P型限制層17可以為AllnP，厚度可以為400?600nm。
[0045]優(yōu)選地，電流擴(kuò)展層18的摻雜濃度可以為2*10—18?8*10—18cm—3，摻雜雜質(zhì)可以為鎂元素。若摻雜濃度過(guò)小，則會(huì)由于電阻過(guò)大而造成電壓偏高;若摻雜濃度過(guò)大，則會(huì)影響晶格質(zhì)量，從而影響發(fā)光亮度。
[0046]進(jìn)一步地，電流擴(kuò)展層18的厚度可以為8?ΙΟμπι。若電流擴(kuò)展層18的厚度過(guò)小，則會(huì)影響到電流擴(kuò)展;若電流擴(kuò)展層18的厚度過(guò)大，則會(huì)造成外延片翹曲度增加，甚至導(dǎo)致外延片在生長(zhǎng)過(guò)程中飛出等不良后果。
[0047]可選地，歐姆接觸層19的摻雜濃度可以為3*10—19?10—2()Cm—3，摻雜雜質(zhì)可以為碳元素。若摻雜濃度過(guò)小，則可能會(huì)由于電阻過(guò)大而造成電壓偏高;若摻雜濃度過(guò)大，則會(huì)影響晶格質(zhì)量，降低LED亮度。
[0048]進(jìn)一步地，歐姆接觸層19的厚度可以為30?lOOnm。若歐姆接觸層19的厚度過(guò)小，則會(huì)增大歐姆接觸層19不同區(qū)域的方阻的差異，造成電流不均勻;若歐姆接觸層19的厚度過(guò)大，則會(huì)降低LED的亮度。
[0049]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示，該外延片還包括空穴積累層20，空穴積累層20夾設(shè)在有源層15和應(yīng)變阻擋層16之間，空穴積累層為014&1—2)().51加.5?，有源層為014&11)().51加.5?，其中，0〈7〈0.4，7〈2彡0.8，空穴積累層20可以在有源層15和P型限制層17之間形成一個(gè)勢(shì)阱，有利于空穴的積累，在外加電壓的作用下，空穴積累層20中聚集的空穴會(huì)被注入到有源層15中，從而進(jìn)一步提高了空穴的注入效率，有利于電子和空穴在有源層15中復(fù)合，從而進(jìn)一步提高了黃綠光LED的發(fā)光效率。
[0050]優(yōu)選地，空穴積累層20可以包括多層(AlzGa1-Zk5IntL5P,多層(AlzGa1-Zk5IntL5P層疊設(shè)置，通過(guò)多層結(jié)構(gòu)的空穴積累層20以增強(qiáng)對(duì)空穴的積累作用，進(jìn)一步提高空穴的注入效率。
[0051 ]此外，空穴積累層20的厚度可以為50?lOOnm。若空穴積累層20的厚度太薄，則無(wú)法起到積累空穴的作用;若空穴積累層20的厚度太厚，則會(huì)影響空穴注入到有源層15中。
[0052]該外延片還可以包括諧振隧穿層21，諧振隧穿層21夾設(shè)在N型限制層14和有源層15之間，諧振險(xiǎn)穿層為非慘雜(AlxGa1-x)0.5ln0.5P，其中，y<x^il，由于諧振險(xiǎn)穿層21中的Al組分大于或等于有源層15中的Al組分，因此使得諧振隧穿層21的底部能級(jí)大于或等于量子阱層15b的最低能級(jí)，從而使得電子可以隧穿到有源層15中，同時(shí)阻擋空穴，避免空穴與電子在N型限制層14中復(fù)合，諧振隧穿層21可以在電子到達(dá)有源層15之前對(duì)電子進(jìn)行俘獲和限制，削弱電子的能量，降低電子的迀移率，從而可以減少電子的溢流，提高了電子注入到有源層15中的數(shù)量，增加了電子與空穴在有源層15中復(fù)合的幾率，進(jìn)一步提高了黃綠光LED的發(fā)光效率。
[0053]優(yōu)選地，x= y，當(dāng)x = y時(shí)，可以使得電子在穿過(guò)諧振隧穿層21后的能級(jí)降低到與量子阱層15b—致，使電子可以更加均勻的進(jìn)入到有源層15中。
[0054]此外，諧振隧穿層21的厚度為20?50nm。若諧振隧穿層21的厚度太薄，則無(wú)法起到積累電子的作用;若諧振隧穿層21的厚度太厚，則會(huì)影響電子注入到有源層15中。
[0055]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片的能帶結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，空穴積累層20的能帶高于有源層15中的量子阱層15b的能帶，同時(shí)低于P型限制層17的能帶，從而使得在有源層15和P型限制層17之間形成一個(gè)勢(shì)阱，以實(shí)現(xiàn)對(duì)空穴的積累。
[0056]實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整有源層(AlyGa1-y)0.5In0.5P中鋁元素的組分，也就是y的數(shù)值，改變LED所發(fā)出的光的波長(zhǎng)，從而可以調(diào)整LED所發(fā)出的光的顏色。
[0057]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種外延片的制備方法，圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片的制備方法流程圖，如圖6所示，該制備方法包括:
[0058]Sll:提供一襯底。
[0059]本實(shí)施例中，選用GaAs襯底。
[0060]S12:在襯底上依次外延生長(zhǎng)緩沖層、布拉格反射層、N型限制層、有源層、應(yīng)變阻擋層、P型限制層、電流擴(kuò)展層和歐姆接觸層，其中，應(yīng)變阻擋層為非摻雜Α1ΙηΡ，Ρ型限制層為AllnP，且應(yīng)變阻擋層的Al組分高于P型限制層的Al組分。
[0061]本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)在有源層和P型限制層之間設(shè)置應(yīng)變阻擋層，由于應(yīng)變阻擋層的能帶高于P型限制層的能帶，因此可以阻擋電子，防止電子溢流，這樣就提高了空穴注入效率，減少了非輻射復(fù)合，從而提高了黃綠光LED的發(fā)光效率。
[0062]具體地，襯底可以選用2或4寸的100面偏向《111 ))A+5° GaAs襯底。
[0063]可選地，緩沖層可以為GaAs，緩沖層的摻雜濃度可以為6*10—17?2*10—18cm—3，摻雜雜質(zhì)可以為硅元素。
[0064]優(yōu)選地，緩沖層的摻雜濃度為10—18cm—3，若緩沖層的摻雜濃度過(guò)小，會(huì)造成緩沖層電阻過(guò)大，使得電壓偏高，若摻雜濃度過(guò)大，則會(huì)影響晶格質(zhì)量，降低LED亮度。
[0005]此外，在生長(zhǎng)布拉格反射層時(shí)，采用AlAs層和AbGa1-fsAs層交替生長(zhǎng)的方式，其中，β = 0.46?0.5，AlAs層和AlpGai—pAs層的層數(shù)之和可以為30?60。
[0066]需要說(shuō)明的是，在生長(zhǎng)布拉格反射層時(shí)，需要根據(jù)所要反射的光的波長(zhǎng)控制每一層AlAs層的厚度和每一層AbGa1-fsAs層的厚度，以使布拉格反射層可以反射合適波長(zhǎng)的光。
[0067]優(yōu)選地，在生長(zhǎng)完有源層之后，生長(zhǎng)P型限制層之前，制備方法還可以包括:
[0068]在有源層上生長(zhǎng)空穴積累層。
[0069]具體地，空穴積累層可以為(AlzGa1-Z)fL5In0.5P，有源層為(AlyGa1I)(L5Int).5P，有源層為(AlyGai—ykdn0.sP，其中，0〈y〈0.4，y〈z 彡0.8。
[0070]進(jìn)一步地，在生長(zhǎng)完N型限制層之后，生長(zhǎng)有源層之前，制備方法還包括:
[0071]在N型限制層上生長(zhǎng)諧振隧穿層。
[0072]具體地，諧振隧穿層為非摻雜(AlxGa1-χ)ο.5Ιηο.5Ρ，其中，y彡χ<1。
[0073]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種黃綠光發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括依次層疊的襯底、緩沖層、布拉格反射層、N型限制層、有源層、P型限制層、電流擴(kuò)展層和歐姆接觸層，其特征在于，所述外延片還包括應(yīng)變阻擋層，所述應(yīng)變阻擋層夾設(shè)在所述有源層和所述P型限制層之間，所述應(yīng)變阻擋層為非摻雜AlInP層，所述P型限制層為AlInP層，其中，所述應(yīng)變阻擋層的Al組分含量高于所述P型限制層的Al組分含量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述外延片還包括空穴積累層，所述空穴積累層夾設(shè)在所述有源層和所述應(yīng)變阻擋層之間，所述空穴積累層為(AlzGa1-z）0.5P層，所述有源層為(AlyGai-y)0.5In0.5P層，其中，0〈y〈0.4，y〈z<0.8。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外延片，其特征在于，所述外延片還包括諧振隧穿層，所述諧振隧穿層夾設(shè)在所述N型限制層和所述有源層之間，所述諧振隧穿層為非摻雜(AlxGah)(AlxGa1-x）0.5P層，其中，y<x<l。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外延片，其特征在于，所述諧振隧穿層的厚度為20?50nm。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外延片，其特征在于，所述空穴積累層的厚度為50?lOOnm。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外延片，其特征在于，所述空穴積累層包括層疊的多層(AlzGa1-z）0.5P，所述多層(AlzGa1-z）0.5P的2值不相同，且Z值沿從所述有源層指向所述P型限制層的方向逐層增加。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述應(yīng)變阻擋層的厚度為20?40nm。8.一種外延片的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括: 提供一襯底； 在所述襯底上依次外延生長(zhǎng)緩沖層、布拉格反射層、N型限制層、有源層、應(yīng)變阻擋層、P型限制層、電流擴(kuò)展層和歐姆接觸層，其中，所述應(yīng)變阻擋層為非摻雜AllnP，所述P型限制層為AllnP，且所述應(yīng)變阻擋層的Al組分高于所述P型限制層的Al組分。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，在生長(zhǎng)完所述有源層之后，生長(zhǎng)所述P型限制層之前，所述制備方法還包括: 在所述有源層上生長(zhǎng)空穴積累層，其中，所述空穴積累層為(AlzGa1-z）0.5P，所述有源層為(AlyGa1—y)0.5In0.5P，且0〈y〈0.4，y〈z<0.8。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，在生長(zhǎng)完所述N型限制層之后，生長(zhǎng)所述有源層之前，所述制備方法還包括: 在所述N型限制層上生長(zhǎng)諧振隧穿層，其中，所述諧振隧穿層為非摻雜(AlxGa1-x).0.5In0.5P，且y<x<l0
【文檔編號(hào)】H01L33/14GK106057997SQ201610486621
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】孫炳蔚, 王世俊, 邢振遠(yuǎn), 李彤, 董耀盡
【申請(qǐng)人】華燦光電(蘇州）有限公司