[发明专利]一种高光效LED外延片及其制备方法、LED芯片

说明书

本发明提供一种高光效LED外延片及其制备方法、LED芯片，高光效LED外延片由下至上依次包括N型氮化物层、有源层以及P型氮化物层，有源层包括多个交替排布的量子阱层、插入层以及量子垒层，插入层包括多个周期性交替排布的第一元素层和第二元素层，本发明中的高光效LED外延片，通过在有源层中的量子阱层和量子垒层之间引入插入层、且插入层由第一元素层和第二元素层呈周期性交替排布，使得插入层的晶格常数介于量子阱层与量子垒层之间，有效地缓解了量子阱层与量子垒层的晶格失配，提升了有源层的晶体质量，降低了有源层中的极化电场，改善了因量子阱能带弯曲以及晶体质量偏差导致的发光效率下降的问题。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种高光效LED外延片及其制备方法、LED芯片。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种半导体固体发光器件，其主要利用半导体P-N结作为发光结构。近年来，以氮化镓为代表的半导体发光二极管，因具有禁带宽度大、高电子饱和电子漂移速度、耐高温、大功率容量等优良特性，从而受到了人们的广泛关注和大力研究，并在近几年来取得了突破性的进展。与此同时，作为氮化镓的三元合金铟氮化稼，其带隙从0.7ev到3.4ev连续可调，发光波长覆盖了可见光和紫外线的整个区域，从而新兴的光电产业中具有广大的应用前景。

现有技术当中，GaN基LED外延结构包括N型氮化物层、有源层、P型氮化物层，其中有源层为GaN/AlGaN量子垒层和InGaN量子阱层交替组成的周期性结构，由于GaN、AlGaN、InGaN的纤锌矿结构缺乏中心反演对称性，因此晶体具有极性，产生自发极化，加之晶格失配引起的压电极化，这将导致量子阱能带产生弯曲，引起电子和空穴分布在空间上分离，最终降低了电子空穴对辐射复合发光的概率；

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高光效LED外延片，旨在解决现有技术中，由于GaN、AlGaN、InGaN的纤锌矿结构缺乏中心反演对称性，因此晶体具有极性，产生自发极化，加之晶格失配引起的压电极化，这将导致量子阱能带产生弯曲，引起电子和空穴分布在空间上分离，降低了电子空穴对辐射复合发光的概率的技术问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种高光效LED外延片，由下至上依次包括N型氮化物层、有源层以及P型氮化物层，所述有源层包括多个交替排布的量子阱层、插入层以及量子垒层，所述插入层包括多个周期性交替排布的第一元素层和第二元素层。

进一步的，所述第一元素层和所述第二元素层分别为In_aGa_1-aN层以及In_xAl_yGa_1-x-yN层。

进一步的，所述In_aGa_1-aN层和所述In_xAl_yGa_1-x-yN交替排布的周期数为2-4个。

进一步的，所述In_xAl_yGa_1-x-yN层的In组分由所述量子阱层向所述量子垒层的方向依次递减、Al的组分由所述量子阱层向所述量子垒层的方向依次递增。

进一步的，所述插入层中靠近所述量子阱层的首个元素层为所述In_aGa_1-aN层、靠近所述量子垒层的首个元素层为所述In_xAl_yGa_1-x-yN层。

进一步的，所述有源层靠近所述N型氮化物层的一端为所述插入层、且首个元素层为所述In_xAl_yGa_1-x-yN层，所述有源层靠近所述P型氮化物的一端为所述量子垒层。