[发明专利]发光二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善高温下发光效率的发光二极管及其制备方法。

背景技术

氮化镓基发光二极管由于其高效的发光效率，目前已经广泛的应用在背光、照明、景观等各个光源领域。发光效率是LED芯片最重要的参数，通常我们讲的发光效率一般是指在室温25℃下测试的数据。半导体材料的一个重要特征是随着温度的升高，其特性发生显著变化。如LED芯片，随着温度的生长，其发光效率下降明显；LED灯具在工作时，其芯片工作环境温℃通常在25℃以上，尤其是在夏天或者散热较差的灯具中；进来发展起来的LED灯丝灯，其散热效果更差。如何提高高温下LED芯片的发光效率是当前外延研究的一个重要方向。

发明内容

本发明提供了一种发光二极管，通过设计发光阱区势垒的材料结构，实现对电子空穴限制能力的提高，显著改善LED芯片在高温下的发光效率。

本发明的技术方案为：发光二极管，包括第一类半导体层、第二类半导体层和夹在两者之间的有源层，所述有源层系由阱层和垒层交替构成的多量子阱结构，其中第一个垒层为铝组分自第一类半导体层至量子阱方向逐渐增加的第一AlGaN渐变层，位于阱层中间的垒层为AlGaN/GaN/AlGaN多层势垒层，最后一个垒层为铝组分从量子阱至第二类半导体层方向逐渐减少的第二AlGaN渐变层。

优选地，所述AlGaN/GaN/AlGaN多层势垒层的GaN层具有p型掺杂，如通过掺入少量的Mg原子后，可以提高高温下空穴的注入效率。

优选地，所述AlGaN/GaN/AlGaN多层势垒层中，AlGaN层的厚度为1~3nm，Al组分范围为5~20%，GaN层的厚度1~5nm，具有p型掺杂。

优选地，所述第一AlGaN渐变层的厚度为3~15nm，开始端的Al组分是0，末端的Al组分10-30%。

优选地，所述第二AlGaN渐变层的厚度为3~15nm，其开始端的铝组分为10~30%，末端的铝组分是0。

上述有源层结构对LED芯片在高温下的发光效率改善明显。其中每两个发光量子阱之间的AlGaN/GaN/AlGaN势垒层能带比原有结构的单层GaN具有更高的能带带阶，可以更有效的把电子空穴对限制在量子阱内，降低电子空穴溢出几率，使他们在量子阱内发生辐射复合，提高发光效率；而中间的GaN势垒层通过掺入少量的Mg原子后，可以提高高温下空穴的注入效率，有效维持LED芯片的电压不变；同时势垒层两边的AlGaN层也可阻止Mg原子扩散到量子阱，不会因为在势垒层中掺杂Mg引起量子阱中形成深的缺陷能级。第一AlGaN渐变层在起到有效限制电子或空穴的作用同时，因为它的铝组分自第一类半导体至量子阱方向逐渐增加，因此不会引起第一类半导体内的电子难以注入量子阱区域。第二AlGaN势垒层的铝组分从量子阱至第二类半导体方向逐渐减少，也不会导致第二类半导体内的空穴难以注入量子阱区域。

本发明还提供了一种发光二极管的制作方法，包括生长第一类半导体层、有源层和第二类半导体层，其中所述有源层通过下面步骤形成：

1）生长铝组分渐变的第一AlGaN渐变层作为第一个垒层，其铝组分通过进入反应室的三甲基铝控制，开始点的三甲基铝流量为0，生长时三甲基铝流量逐渐增加；

2）生长第一个量子阱层；

3）生长中间势垒层，其结构为AlGaN/GaN/AlGaN多层势垒层；

4）重复生长上述量子阱层及上述中间势垒层，重复周期为n个，其中n≥2；

5）生长完最后一个量子阱层后，生长铝组分渐变的第二AlGaN渐变层作为最后一个垒层，通过通入反应室的三甲基铝流量来控制，开始点的三甲基铝流量为最大，生长时三甲基铝流量逐渐减少。

优选地，所述步骤1）中形成的第一AlGaN渐变层的厚度为3~15nm，开始端的Al组分为0，末端的Al组分为10-30%。

优选地，所述步骤2）形成的AlGaN/GaN/AlGaN多层势垒层中，GaN层具有p型掺杂。

优选地，所述步骤2）形成的AlGaN/GaN/AlGaN多层势垒层中，AlGaN层的厚度为1~3nm，Al组分范围为5~20%，GaN层的厚度1~5nm，具有p型掺杂。

优选地，所述步骤5）形成的第二AlGaN渐变层的厚度为3~15nm，其开始端的铝组分为10~30%，末端的铝组分是0。