CN116705942B - 发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管及其制备方法，所述发光二极管包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层，以及设置在所述P型半导体层上的P电极和设置在所述N型半导体层上的N电极；所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的N型电子层和N型调控层，所述N型电子层包括交替层叠的AlxGa1‑x‑yInyN层和AlαGa1‑α‑βInβN层，所述N型调控层包括交替层叠的AlaGa1‑aN层和AlbIn1‑ bN层。本发明提供的发光二极管能够提高N型半导体层内的N型掺杂效率，降低其内部拉应力，提高发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种发光二极管及其制备方法。
背景技术
紫外发光二极管的外延结构中，N型层常为重掺Si的高Al组分的AlGaN层，一方面高Al组分下的AlGaN层，Si的掺杂和激活难度提升，掺杂效率下降；另外一方面不断提升的Si掺杂，易使N型层产生点缺陷，内部拉应力急剧上升，外延层更易龟裂。这使得制作N型电极更加困难，影响了N型层与接触电极形成的良好的欧姆接触，器件的工作电压升高，也影响了外延层的晶体质量，导致漏电流增大，影响器件的良率以及发光性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管，其能够提高N型半导体层内的N型掺杂效率，降低其内部拉应力，提高发光效率。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种发光二极管的制备方法，其工艺简单，能够稳定制得发光效率良好的发光二极管。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发光二极管，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层，以及设置在所述P型半导体层上的P电极和设置在所述N型半导体层上的N电极；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的N型电子层和N型调控层，所述N型电子层包括交替层叠的AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层，所述N型调控层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层，其中，0.2≤α＜x≤0.8，0≤y＜β≤0.3，0.2≤a≤0.8，0.63≤b≤0.91。
在一种实施方式中，所述AlxGa1-x-yInyN层的禁带宽度大于所述AlαGa1-α-βInβN层的禁带宽度；
所述AlxGa1-x-yInyN层的晶格常数小于所述AlαGa1-α-βInβN层的晶格常数。
在一种实施方式中，所述N型电子层的厚度为1μm~5μm；
所述AlxGa1-x-yInyN层的厚度为50nm~500nm；
所述AlαGa1-α-βInβN层的厚度为50nm~500nm。
在一种实施方式中，所述N型电子层的Si掺杂浓度为1×1019atoms/cm3~1×1022atoms/cm3；
所述AlαGa1-α-βInβN层的Si掺杂浓度大于所述AlxGa1-x-yInyN层的Si掺杂浓度。
在一种实施方式中，所述AlaGa1-aN层的禁带宽度小于所述AlbIn1-bN层的禁带宽度；
所述AlaGa1-aN层的晶格常数等于所述AlbIn1-bN层的晶格常数。
在一种实施方式中，所述N型调控层的厚度为100nm~500nm；
所述AlaGa1-aN层的厚度为5nm~50nm；
所述AlbIn1-bN的厚度为5nm~50nm。
在一种实施方式中，所述AlaGa1-aN层为非掺杂层；
所述AlbIn1-bN的Si掺杂浓度为1×1015atoms/cm3~1×1018atoms/cm3。
在一种实施方式中，所述AlaGa1-aN层和所述AlbIn1-bN中a、b的取值满足：9.4b-4.3a=5.1。
相应地，本发明提供了一种发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备衬底；
S2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层；
S3、在所述P型半导体层上设置P电极，在所述N型半导体层上设置N电极；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的N型电子层和N型调控层，所述N型电子层包括交替层叠的AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层，所述N型调控层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层，其中，0.2≤α＜x≤0.8，0≤y＜β≤0.3，0.2≤a≤0.8，0.63≤b≤0.91。
在一种实施方式中，所述N电极设置于所述N型电子层上。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明提供的发光二极管，其具有特定结构的N型半导体层，所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的N型电子层和N型调控层，所述N型电子层包括交替层叠的AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层，所述N型调控层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层。
其中，所述N型电子层中，相对于所述AlxGa1-x-yInyN层，所述AlαGa1-α-βInβN层具有较高In组分和较低Al组分，Si掺杂效率更佳。并且，因所述AlαGa1-α-βInβN层相对AlxGa1-x-yInyN层具有更高的晶格常数，在生长过程中引入压应力可有效改善因Si掺杂而导致所在外延层拉应力累积的问题，降低外延层出现龟裂的风险。再者，所述AlαGa1-α-βInβN层相对所述AlxGa1-x-yInyN层具有更小的禁带宽度，可与N型电极形成良好的欧姆接触，降低工作电压，而且降低与缓冲层之间的晶格失配，AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层交替生长的结构可以有效的降低缺陷的产生以及位错的延伸，改善N型电子层的晶体质量，提升器件性能。
所述N型调控层中，所述AlaGa1-aN层和所述AlbIn1-bN层具有相同的晶格常数，提高了AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层晶体质量，而AlbIn1-bN层具有更宽的禁带宽度，可阻挡N型电子层中过高浓度的电子，而更低势阱的AlaGa1-aN层，可减缓电子迁移速率，并容纳一部分过剩的电子，提升了器件的电流扩展能力，降低了漏电流的产生，也减少了可迁移至P型半导体层的电子数量，减少了非辐射复合的产生。另外N型调控层使得P型电子阻挡层成为非必要，这进一步提高了P型半导体层向多量子阱层中注入的空穴浓度，提高了器件的发光效率。
附图说明
图1为本发明提供的发光二极管的结构示意图；
图2为本发明提供的发光二极管的制备方法的流程图。
图3为本发明提供的发光二极管的制备方法的步骤S2的流程图。
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，下面对本发明作进一步地详细描述。
除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：
本发明中，“优选”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本发明保护范围的限制。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，则包括数值区间的两个端点。
为解决上述问题，本发明提供了一种发光二极管，如图1所示，包括衬底1，所述衬底1上依次设有缓冲层2、N型半导体层3、多量子阱层4、P型半导体层5，以及设置在所述P型半导体层5上的P电极7和设置在所述N型半导体3层上的N电极6；
所述N型半导体层3包括依次层叠在所述缓冲层2上的N型电子层31和N型调控层32，所述N型电子层31包括交替层叠的AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层，所述N型调控层32包括交替层叠的AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层，其中，0.2≤α＜x≤0.8，0≤y＜β≤0.3，0.2≤a≤0.8，0.63≤b≤0.91。
本发明提供的发光二极管，具有特定结构的N型半导体层3，所述N型半导体层3的具体结构如下：
在一种实施方式中，所述AlxGa1-x-yInyN层的禁带宽度大于所述AlαGa1-α-βInβN层的禁带宽度；所述AlxGa1-x-yInyN层的晶格常数小于所述AlαGa1-α-βInβN层的晶格常数。在一种实施方式中，所述N型电子层31的厚度为1μm~5μm；所述N型电子层31的示例性厚度为2μm、3μm、4μm，但不限于此；所述AlxGa1-x-yInyN层的厚度为50nm~500nm；所述AlxGa1-x-yInyN层的示例性厚度为100nm、200nm、300nm、400nm，但不限于此；所述AlαGa1-α-βInβN层的厚度为50nm~500nm；所述AlαGa1-α-βInβN层的示例性厚度为100nm、200nm、300nm、400nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述N型电子层31的Si掺杂浓度为1×1019atoms/cm3~1×1022atoms/cm3；优选地，所述N型电子层31的Si掺杂浓度为1×1020atoms/cm3~1×1021atoms/cm3；更佳地，所述AlαGa1-α-βInβN层的Si掺杂浓度大于所述AlxGa1-x-yInyN层的Si掺杂浓度。
需要说明的是，所述N型电子层31中，相对于所述AlxGa1-x-yInyN层，所述AlαGa1-α-βInβN层具有较高In组分和较低Al组分，Si掺杂效率更佳。并且，因所述AlαGa1-α-βInβN相对AlxGa1-x-yInyN层层具有更高的晶格常数，在生长过程中引入压应力可有效改善因Si掺杂而导致所在外延层拉应力累积的问题，降低外延层出现龟裂的风险。再者，所述AlαGa1-α-βInβN层相对所述AlxGa1-x-yInyN层具有更小的禁带宽度，可与N型电极形成良好的欧姆接触，降低工作电压，而且降低与缓冲层之间的晶格失配，AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层交替生长的结构可以有效的降低缺陷的产生以及位错的延伸，改善N型电子层的晶体质量，提升器件性能。
特别注意的是，所述N型电子层31的Si掺杂过低时并不利于降低N型电阻率，易使得工作电压升高，且器件的电流扩展能力也会下降，降低器件的抗静电能力，而Si掺杂浓度过高易使得N型电子层缺陷增加，且使得N型电子层内部拉应力累积，外延片龟裂风险增加。另外，AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层的Al、In组分需保持在一定范围内，In组分过高时，Al组分过低时，N型电子层与衬底、以及缓冲层将产生严重的晶格失配，造成晶体质量显著下滑，影响器件性能；当In组分过低、Al组分过高时，一方面会影响Si的掺杂效率，另一方面也不利于与N型电极形成良好的欧姆接触，工作也会升高。
在一种实施方式中，所述N型调控层32中，所述AlaGa1-aN层的禁带宽度小于所述AlbIn1-bN层的禁带宽度；所述AlaGa1-aN层的晶格常数等于所述AlbIn1-bN层的晶格常数；所述N型调控层的厚度为100nm~500nm；所述N型调控层的示例性厚度为200nm、300nm、400nm，但不限于此；所述AlaGa1-aN层的厚度为5nm~50nm；所述AlaGa1-aN层的示例性厚度为10nm、20nm、30nm、40nm，但不限于此；所述AlbIn1-bN的厚度为5nm~50nm；所述AlbIn1-bN的示例性厚度为10nm、20nm、30nm、40nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述AlaGa1-aN层为非掺杂层；所述AlbIn1-bN的Si掺杂浓度为1×1015atoms/cm3~1×1018atoms/cm3；优选地，所述AlbIn1-bN的Si掺杂浓度为1×1016atoms/cm3~1×1017atoms/cm3。
需要说明的是，所述N型调控层32中，所述AlaGa1-aN层和所述AlbIn1-bN层具有相同的晶格常数，提高了AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层晶体质量，而AlbIn1-bN层具有更宽的禁带宽度，可阻挡N型电子层中过高浓度的电子，而更低势阱的AlaGa1-aN层，可减缓电子迁移速率，并容纳一部分过剩的电子，提升了器件的电流扩展能力，降低了漏电流的产生，也减少了可迁移至P型半导体层的电子数量，减少了非辐射复合的产生。另外N型调控层使得P型电子阻挡层成为非必要，这进一步提高了P型半导体层向多量子阱层中注入的空穴浓度，提高了器件的发光效率。
特别注意的是，为了实现上述技术效果，所述AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层的a、b取值范围为：0.2≤a≤0.8，0.63≤b≤0.91。并且，a、b取值满足9.4b-4.3a=5.1，需要说明的是，a、b取值满足：9.4b-4.3a约等于5.1，即四舍五入后等于5.1，通过此方式调控Al、In、Ga组分可以让所述AlaGa1-aN层和所述AlbIn1-bN层具有相同的晶格常数的同时，使所述AlbIn1-bN层具有更宽的禁带宽度，最终实现上述技术效果。
综上，本发明通过特定结构的N型半导体层3降低了N型半导体层3的Si掺杂和激活难度，提高了Si掺杂效率。降低了N型半导体层3的内部拉应力，改善了外延生长过程中外延层易龟裂甚至断裂问题。减少了器件漏电流，提高了器件的发光效率。
相应地，本发明提供了一种发光二极管的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、准备衬底1；
在一种实施方式中，衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底中的任意一种；优选地，采用蓝宝石衬底作为外延层的生长衬底。
S2、在所述衬底1上依次沉积缓冲层2、N型半导体层3、多量子阱层4、P型半导体层5；
在一种实施方式中，如图3所示，步骤S2包括以下步骤：
S21、在衬底1上沉积缓冲层2。
在一种实施方式中，缓冲层可为AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、GaN缓冲层中任意一种或其组合；优选地，缓冲层为AlGaN缓冲层。在一种实施方式中，AlGaN缓冲层的制备方法为：将反应室的温度控制在1050℃~1250℃，压力控制为50torr~150torr，通入N源、Ga源和Al源，生长厚度为1.3μm~2.2μm的AlGaN作为缓冲层。
S22、在缓冲层2上沉积N型半导体层3。
在一种实施方式中，沉积N型电子层的氮源为NH3、镓源为三甲基镓（TMGa）、铝源为三甲基铝（TMAl）、铟源为三甲基铟（TMIn），N型掺杂剂为SiH4，具体沉积工艺为将反应室温度控制在1050℃~1250℃，压力控制为60torr~120torr，交替生长AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层，所述AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层交替生长的周期≥2，完成所述N型电子层的沉积。
在一种实施方式中，沉积所述N型调控层的氮源为NH3、镓源为三甲基镓（TMGa）、铝源为三甲基铝（TMAl）、铟源为三甲基铟（TMIn），N型掺杂剂为SiH4，具体沉积工艺为将反应室温度控制在1050℃~1250℃，压力控制为60torr~120torr，交替生长AlaGabN层和AlcIndN层，所述AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层交替生长的周期≥3，完成所述N型调控层的沉积。
S23、在N型半导体层3上沉积多量子阱层4。
在一种实施方式中，所述多量子阱层为4~8个周期性交替生长的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层为Al组分为0.3~0.6的AlGaN层，所述量子垒层为Al组分为0.5~0.8的AlGaN层，其具体沉积工艺为将反应室温度控制在1000℃~1200℃，通入NH3作为N（氮）源，通入TMGa作为Ga（镓）源，通入TMAl作为Al（铝）源，并控制所沉积的AlGaN量子阱层单层厚度为1.5nm~4.5nm，控制所沉积的AlGaN量子垒层单层为4.5nm~9.5nm。
S24、在多量子阱层4上沉积P型半导体层5。
在一种实施方式中，所述P型半导体层包括P型掺杂层和P型接触层。优选地，所述P型掺杂层为P型AlGaN层，其具体沉积工艺为：将反应室的温度控制在1050℃~1250℃，压力控制为60torr~120torr，通入NH3作为N（氮）源，通入TMGa作为Ga（镓）源，通入TMAl作为Al（铝）源，通入CP2Mg作为P型掺杂剂，使得生长出Al组分为0.2~0.4的P型Mg掺杂AlGaN层，并控制所沉积P型Mg掺杂AlGaN层厚度为150nm~400nm，Mg掺杂浓度为1×1019atoms/cm3~1×1021atoms/cm3。
优选地，所述P型接触层为P型GaN层，其具体沉积工艺为：将反应室温度为1000℃~1100℃，压力控制为80torr~150torr，通入NH3作为N（氮）源，通入TMGa作为Ga（镓）源，通入CP2Mg作为P型掺杂剂，使得生长出Mg掺杂P型GaN接触层，并控制所沉积P型Mg掺杂GaN接触层厚度为8nm~12nm。
S3、在所述P型半导体层上设置P电极，在所述N型半导体层上设置N电极；
在一种实施方式中，所述N电极设置于所述N型电子层上。
下面以具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
本实施例提供一种发光二极管，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层，以及设置在所述P型半导体层上的P电极和设置在所述N型半导体层上的N电极；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的N型电子层和N型调控层，所述N型电子层包括交替层叠的AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层，所述N型调控层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层，其中，α=0.4、x=0.5，y=0.05、β=0.1，a=0.4，b=0.73。
所述AlxGa1-x-yInyN层的禁带宽度大于所述AlαGa1-α-βInβN层的禁带宽度，所述AlxGa1-x-yInyN层的晶格常数小于所述AlαGa1-α-βInβN层的晶格常数。
所述AlaGa1-aN层的禁带宽度小于所述AlbIn1-bN层的禁带宽度，所述AlaGa1-aN层的晶格常数等于所述AlbIn1-bN层的晶格常数。
实施例2
本实施例提供一种发光二极管，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层，以及设置在所述P型半导体层上的P电极和设置在所述N型半导体层上的N电极；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的N型电子层和N型调控层，所述N型电子层包括交替层叠的AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层，所述N型调控层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层，其中，α=0.5、x=0.6，y=0.1、β=0.15，a=0.5，b=0.77。
所述AlxGa1-x-yInyN层的禁带宽度大于所述AlαGa1-α-βInβN层的禁带宽度，所述AlxGa1-x-yInyN层的晶格常数小于所述AlαGa1-α-βInβN层的晶格常数。
所述AlaGa1-aN层的禁带宽度小于所述AlbIn1-bN层的禁带宽度，所述AlaGa1-aN层的晶格常数等于所述AlbIn1-bN层的晶格常数。
实施例3
本实施例提供一种发光二极管，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层，以及设置在所述P型半导体层上的P电极和设置在所述N型半导体层上的N电极；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的N型电子层和N型调控层，所述N型电子层包括交替层叠的AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层，所述N型调控层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层，其中，α=0.6、x=0.7，y=0.15、β=0.2，a=0.6，b=0.82。
所述AlxGa1-x-yInyN层的禁带宽度大于所述AlαGa1-α-βInβN层的禁带宽度，所述AlxGa1-x-yInyN层的晶格常数小于所述AlαGa1-α-βInβN层的晶格常数。
所述AlaGa1-aN层的禁带宽度小于所述AlbIn1-bN层的禁带宽度，所述AlaGa1-aN层的晶格常数等于所述AlbIn1-bN层的晶格常数。
对比例1
本实施例提供一种发光二极管，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层，以及设置在所述P型半导体层上的P电极和设置在所述N型半导体层上的N电极；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的N型电子层和N型调控层，所述N型电子层包括交替层叠的AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层，所述N型调控层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层，其中，α=0.7、x=0.4，y=0.2、β=0.1，a=0.5，b=0.77。
所述AlxGa1-x-yInyN层的禁带宽度小于所述AlαGa1-α-βInβN层的禁带宽度，所述AlxGa1-x-yInyN层的晶格常数大于所述AlαGa1-α-βInβN层的晶格常数。
所述AlaGa1-aN层的禁带宽度小于所述AlbIn1-bN层的禁带宽度，所述AlaGa1-aN层的晶格常数等于所述AlbIn1-bN层的晶格常数。
对比例2
本实施例提供一种发光二极管，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层，以及设置在所述P型半导体层上的P电极和设置在所述N型半导体层上的N电极；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的N型电子层和N型调控层，所述N型电子层包括交替层叠的AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层，所述N型调控层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层，其中，α=0.5、x=0.6，y=0.1、β=0.15，a=0.5，b=0.5。
所述AlxGa1-x-yInyN层的禁带宽度大于所述AlαGa1-α-βInβN层的禁带宽度，所述AlxGa1-x-yInyN层的晶格常数小于所述AlαGa1-α-βInβN层的晶格常数。
所述AlaGa1-aN层的禁带宽度大于所述AlbIn1-bN层的禁带宽度，所述AlaGa1-aN层的晶格常数不等于所述AlbIn1-bN层的晶格常数。
对比例3
本实施例提供一种发光二极管，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层，以及设置在所述P型半导体层上的P电极和设置在所述N型半导体层上的N电极；
所述N型半导体层为Si掺杂的AlGaN层。
以实施例1~实施例3和对比例1~对比例3制得发光二极管进行测试，以对比例3为基础，计算各实施例和对比例的发光效率提升率和抗静电能力提升率。具体结果如表1所示。
表1实施例1~实施例3和对比例1~对比例3制得LED的性能测试结果
由上述结果可知，本发明提供的发光二极管，其具有特定结构的N型半导体层，所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的N型电子层和N型调控层，所述N型电子层包括交替层叠的AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层，所述N型调控层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层。
其中，所述N型电子层中，相对于所述AlxGa1-x-yInyN层，所述AlαGa1-α-βInβN层具有较高In组分和较低Al组分，Si掺杂效率更佳。并且，因所述AlαGa1-α-βInβN层相对AlxGa1-x-yInyN层具有更高的晶格常数，在生长过程中引入压应力可有效改善因Si掺杂而导致所在外延层拉应力累积的问题，降低外延层出现龟裂的风险。再者，所述AlαGa1-α-βInβN层相对所述AlxGa1-x-yInyN层具有更小的禁带宽度，可与N型电极形成良好的欧姆接触，降低工作电压，而且降低与缓冲层之间的晶格失配，AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层交替生长的结构可以有效的降低缺陷的产生以及位错的延伸，改善N型电子层的晶体质量，提升器件性能。
所述N型调控层中，所述AlaGa1-aN层和所述AlbIn1-bN层具有相同的晶格常数，提高了AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层晶体质量，而AlbIn1-bN层具有更宽的禁带宽度，可阻挡N型电子层中过高浓度的电子，而更低势阱的AlaGa1-aN层，可减缓电子迁移速率，并容纳一部分过剩的电子，提升了器件的电流扩展能力，降低了漏电流的产生，也减少了可迁移至P型半导体层的电子数量，减少了非辐射复合的产生。另外N型调控层使得P型电子阻挡层成为非必要，这进一步提高了P型半导体层向多量子阱层中注入的空穴浓度，提高了器件的发光效率。
以上所述是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 (5)
1.一种发光二极管，其特征在于，包括衬底，所述衬底上依次设有缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层，以及设置在所述P型半导体层上的P电极和设置在所述N型半导体层上的N电极；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的N型电子层和N型调控层，所述N型电子层包括交替层叠的AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层，所述N型调控层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层，其中，0.2≤α＜x≤0.8，0≤y＜β≤0.3，0.2≤a≤0.8，0.63≤b≤0.91；
所述AlxGa1-x-yInyN层的禁带宽度大于所述AlαGa1-α-βInβN层的禁带宽度；
所述AlxGa1-x-yInyN层的晶格常数小于所述AlαGa1-α-βInβN层的晶格常数；
所述N型电子层的Si掺杂浓度为1×1019atoms/cm3~1×1022atoms/cm3；
所述AlαGa1-α-βInβN层的Si掺杂浓度大于所述AlxGa1-x-yInyN层的Si掺杂浓度；
所述AlaGa1-aN层的禁带宽度小于所述AlbIn1-bN层的禁带宽度；
所述AlaGa1-aN层的晶格常数等于所述AlbIn1-bN层的晶格常数；
所述AlaGa1-aN层为非掺杂层；
所述AlbIn1-bN的Si掺杂浓度为1×1015atoms/cm3~1×1018atoms/cm3；
所述AlaGa1-aN层和所述AlbIn1-bN中a、b的取值满足：9.4b-4.3a=5.1。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述N型电子层的厚度为1μm~5μm；
所述AlxGa1-x-yInyN层的厚度为50nm~500nm；
所述AlαGa1-α-βInβN层的厚度为50nm~500nm。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述N型调控层的厚度为100nm~500nm；
所述AlaGa1-aN层的厚度为5nm~50nm；
所述AlbIn1-bN的厚度为5nm~50nm。
4.一种如权利要求1~3任一项所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备衬底；
S2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层；
S3、在所述P型半导体层上设置P电极，在所述N型半导体层上设置N电极；
所述N型半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的N型电子层和N型调控层，所述N型电子层包括交替层叠的AlxGa1-x-yInyN层和AlαGa1-α-βInβN层，所述N型调控层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和AlbIn1-bN层，其中，0.2≤α＜x≤0.8，0≤y＜β≤0.3，0.2≤a≤0.8，0.63≤b≤0.91。
5.如权利要求4所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述N电极设置于所述N型电子层上。
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Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03156934A (ja) * | 1989-11-15 | 1991-07-04 | Sanyo Electric Co Ltd | エピタキシャルウェハ |
| JPH04242985A (ja) * | 1990-12-26 | 1992-08-31 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード |
| JP2004140020A (ja) * | 2002-10-15 | 2004-05-13 | Sharp Corp | 窒化ガリウム系半導体発光素子 |
| WO2006022496A1 (en) * | 2004-08-26 | 2006-03-02 | Lg Innotek Co., Ltd | Nitride semiconductor light emitting device and fabrication method thereof |
| CN101834248A (zh) * | 2010-04-21 | 2010-09-15 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化镓系发光二极管 |
| WO2011070768A1 (ja) * | 2009-12-08 | 2011-06-16 | パナソニック株式会社 | 窒化物系半導体発光素子およびその製造方法 |
| CN102185056A (zh) * | 2011-05-05 | 2011-09-14 | 中国科学院半导体研究所 | 提高电子注入效率的氮化镓基发光二极管 |
| CN105742428A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-07-06 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
| KR20160141492A (ko) * | 2015-06-01 | 2016-12-09 | 서울바이오시스 주식회사 | 발광 다이오드 및 그 제조 방법 |
| WO2022267446A1 (zh) * | 2021-06-25 | 2022-12-29 | 至芯半导体(杭州)有限公司 | 一种AlInGaN半导体发光器件 |
| CN116344695A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-06-27 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、led |
| CN116454180A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-07-18 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、led |
-
2023
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Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03156934A (ja) * | 1989-11-15 | 1991-07-04 | Sanyo Electric Co Ltd | エピタキシャルウェハ |
| JPH04242985A (ja) * | 1990-12-26 | 1992-08-31 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード |
| JP2004140020A (ja) * | 2002-10-15 | 2004-05-13 | Sharp Corp | 窒化ガリウム系半導体発光素子 |
| WO2006022496A1 (en) * | 2004-08-26 | 2006-03-02 | Lg Innotek Co., Ltd | Nitride semiconductor light emitting device and fabrication method thereof |
| WO2011070768A1 (ja) * | 2009-12-08 | 2011-06-16 | パナソニック株式会社 | 窒化物系半導体発光素子およびその製造方法 |
| CN101834248A (zh) * | 2010-04-21 | 2010-09-15 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化镓系发光二极管 |
| CN102185056A (zh) * | 2011-05-05 | 2011-09-14 | 中国科学院半导体研究所 | 提高电子注入效率的氮化镓基发光二极管 |
| KR20160141492A (ko) * | 2015-06-01 | 2016-12-09 | 서울바이오시스 주식회사 | 발광 다이오드 및 그 제조 방법 |
| CN105742428A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-07-06 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
| WO2022267446A1 (zh) * | 2021-06-25 | 2022-12-29 | 至芯半导体(杭州)有限公司 | 一种AlInGaN半导体发光器件 |
| CN116344695A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-06-27 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、led |
| CN116454180A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-07-18 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、led |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| InGaN/GaN多量子阱绿光发光二极管内量子效率研究进展;郭志民;;中国照明电器(第03期);全文 * |
| Optimized carrier confinement in deep-ultraviolet light-emitting diodes with AlInGaN/AlInN superlattice electron blocking layer;Tariq Jamil et al;《Materials Science & Engineering B》;第278卷(第115638期);全文 * |
Also Published As
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