CN110047982B - 发光二极管、外延片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管、外延片及其制备方法，属于外延技术领域。该所述发光二极管外延片包括：衬底、以及依次层叠于所述衬底上的氮化镓缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型掺杂氮化镓层、N型铝镓氮层、多量子阱层、电子阻挡层、P型掺杂氮化镓层和P型接触层；所述电子阻挡层包括氮化镓层和银薄膜层，所述银薄膜层位于所述氮化镓层与所述P型掺杂氮化镓层接触的表面，所述氮化镓层与所述银薄膜层接触的一面上分布有银镓金属化合物。通过包含氮化镓层和银薄膜层的电子阻挡层，一方面提升了电子阻挡的效果，另一方面保证了空穴的顺利通过。
Description
技术领域
本发明涉及外延技术领域，特别涉及一种发光二极管、外延片及其制备方法。
背景技术
目前，氮化镓(GaN)基发光二极管(Light Emitting Diode，LED)受到越来越多的关注和研究。外延片是GaN基LED的核心部分，外延片的结构包括：衬底、GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、N型AlGaN层、多量子阱(Multiple Quantum Well，MQW)层、P型AlGaN层、P型掺杂GaN层和P型接触层。
当有电流通过时，N型掺杂GaN层中的电子和P型掺杂GaN层中的空穴进入MQW层，并且在MQW层中复合发光。而电子和空穴在MQW层外的其它层发生复合，则不会发光，称为非辐射复合。为了减少非辐射复合的发生，在上述外延片结构中设置有P型AlGaN层，P型AlGaN层的作用是阻挡N型掺杂GaN层中的电子从MQW层溢出，以增加MQW层中的发光复合。
但是，目前的外延片结构中的P型AlGaN层晶体质量通常较差，一方面不利于对电子的阻挡，另一方面也不利于空穴通过该P型AlGaN层进入MQW层。
发明内容
本发明实施例提供了一种发光二极管、外延片及其制备方法，以改善P型AlGaN层阻挡电子的效果，同时保证空穴的顺利通过。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括：衬底、以及依次层叠于所述衬底上的氮化镓缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型掺杂氮化镓层、N型铝镓氮层、多量子阱层、电子阻挡层、P型掺杂氮化镓层和P型接触层；所述电子阻挡层包括氮化镓层和银薄膜层，所述银薄膜层位于所述氮化镓层与所述P型掺杂氮化镓层接触的表面，所述氮化镓层与所述银薄膜层接触的一面上分布有银镓金属化合物。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述氮化镓层的厚度范围为50nm-150nm，所述银薄膜层的厚度范围为5-8nm。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述氮化镓层中银的摩尔掺入量在0.1-0.3之间。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述电子阻挡层还包括铝镓氮层，所述铝镓氮层位于所述氮化镓层和所述多量子阱层之间。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述高温氮化铝子层、所述铝镓氮层的厚度范围为50nm-150nm。
另一方面，本发明实施例还提供了一种发光二极管，所述发光二极管包括如前任一项所述的发光二极管外延片。
另一方面，本发明实施例还提供了一种发光二极管外延片制备方法，所述方法包括：
在衬底上依次生长氮化镓缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型掺杂氮化镓层、N型铝镓氮层和多量子阱层；
在所述多量子阱层上生长电子阻挡层，所述电子阻挡层包括氮化镓层和银薄膜层，所述银薄膜层位于所述氮化镓层的表面，所述氮化镓层与所述银薄膜层接触的一面上分布有银镓金属化合物；
在所述电子阻挡层的银薄膜层上依次生长P型掺杂氮化镓层和P型接触层。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述氮化镓层的厚度范围为50nm-150nm，所述银薄膜层的厚度范围为5-8nm。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述在所述多量子阱层上生长电子阻挡层，包括：
在金属有机化合物化学气相沉淀设备中生长温度范围为850℃-1080℃、生长压力范围为200Torr-500Torr的条件下，在所述多量子阱层上生长所述氮化镓层；
在物理气相沉积设备中工作温度范围为100-300℃、工作压力范围为1-5Pa、溅射功率范围为10-50W的条件下，采用溅射工艺在所述氮化镓层上溅射一层银，得到所述银薄膜层。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述在所述多量子阱层上生长电子阻挡层，还包括：
在生长所述氮化镓层之前，在所述金属有机化合物化学气相沉淀设备中生长温度范围为850℃-1080℃、生长压力范围为200Torr-500Torr的条件下，在所述多量子阱层上生长所述铝镓氮层。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例中，多量子阱层和P型掺杂氮化镓层之间设置有电子阻挡层，该电子阻挡层包括氮化镓层和银薄膜层，银薄膜层位于氮化镓层与P型掺杂氮化镓层接触的表面，氮化镓层与银薄膜层接触的一面上分布有银镓金属化合物。其中，通过在氮化镓层的至少一个表面形成银薄膜层，银薄膜层与氮化镓层接触的面发生相互作用形成银镓金属化合物，从多量子阱层溢流出来的电子会被银镓金属化合物阻挡，避免电子进行P型掺杂氮化镓层与空穴复合，增加了进入到多量子阱层的空穴浓度；另外，银镓金属化合物由于局域态密度的影响，有利于提高生长在电子阻挡层和P型掺杂氮化镓层组合膜层的空穴浓度，提高P型掺杂氮化镓层空穴的有效注入，从而提升量子阱区载流子复合效率，提高了具有该外延片的发光二极管的发光效率。
附图说明
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。
图1是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种发光二极管外延片的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片制备方法；
图4是本发明实施例提供的另一种发光二极管外延片制备方法。
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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图。参见图1，该发光二极管外延片可以包括：衬底100、以及依次层叠于衬底100上的GaN缓冲层101、未掺杂GaN层102、N型掺杂GaN层103、N型AlGaN层104、多量子阱层105、电子阻挡层106、P型掺杂GaN层107和P型接触层108。
其中，电子阻挡层106可以包括GaN层161和Ag薄膜层162，Ag薄膜层162位于GaN层161与P型掺杂GaN层107接触的表面，GaN层161与Ag薄膜层162接触的一面上分布有AgGa金属化合物。
在本发明实施例中，Ag薄膜层162是通过溅射工艺制作到GaN层161上的，由于溅射时溅射到GaN层161表面的Ag的温度较高，Ag会与GaN层161表面的GaN反应，形成前述AgGa金属化合物。AgGa金属化合物包括金属合金态的化合物，以及AgGaN化合物。
本发明实施例中，多量子阱层和P型掺杂GaN层之间设置有电子阻挡层，该电子阻挡层包括GaN层和Ag薄膜层，Ag薄膜层位于GaN层与P型掺杂GaN层接触的表面，GaN层与Ag薄膜层接触的一面上分布有AgGa金属化合物。其中，通过在GaN层的至少一个表面形成Ag薄膜层，Ag薄膜层与GaN层接触的面发生相互作用形成AgGa金属化合物，从多量子阱层溢流出来的电子会被掺AgGa金属化合物阻挡，避免电子进行P型掺杂GaN层与空穴复合，增加了进入到多量子阱层的空穴浓度；另外，AgGa金属化合物由于局域态密度的影响，有利于提高生长在电子阻挡层和P型掺杂GaN层组合膜层的空穴浓度，提高P型掺杂GaN层空穴的有效注入，从而提升量子阱区载流子复合效率，提高了具有该外延片的发光二极管的发光效率。
其中，局域态密度指具体位置电子波函数的分布，会影响原子核外电子分布，进而影响到化合物电荷分布。AgGa金属化合物电子态势偏低，所以俘获电子留下空穴，成为正电荷中心，使得进入电子阻挡层和P型掺杂GaN层组合膜层的空穴浓度变高。
在本发明实施例中，GaN层161的厚度范围可以为50nm-150nm，Ag薄膜层162的厚度范围可以为5-8nm。
在该实现方式中，通过设置一定厚度的GaN层161保证Ag在溅射过程中不会伤害到多量子阱层，但是，GaN层161的厚度也不能够过厚导致整个外延片厚度太大，影响器件的轻薄化。另外，通过溅射一定厚度的Ag薄膜实现对电子的阻挡，同时Ag薄膜厚度较小，处于透明状态，不影响整个器件的出光。
示例性地，GaN层161的厚度可以为100nm，Ag薄膜层162的厚度可以为5nm。
在本发明实施例中，GaN层161中Ag的摩尔掺入量在0.1-0.3之间。
这里，Ag的摩尔掺入量是指在整个GaN层161中Ag的摩尔量(摩尔)与GaN层161的体积(升)之比。Ag的摩尔掺入量与溅射工艺相关，如果溅射温度太低，则Ag的摩尔掺入量低，AgGa金属化合物较少，则不利于电子阻挡层的效果。但是，要想提高Ag的摩尔掺入量，则需要提高溅射温度等参数，另一方面对溅射设备要求较高，另一方面容易对已生长的膜层造成伤害。
图2是本发明实施例提供的另一种发光二极管外延片的结构示意图。参见图2，图2示出的发光二极管外延片的结构与图1示出的发光二极管外延片的结构的区别在于，该电子阻挡层106还包括AlGaN层163，AlGaN层163位于GaN层161和多量子阱层105之间。
在该实现方式中，在GaN层161和多量子阱层105之间设置AlGaN层163，通过设置该AlGaN层163能够进一步阻挡电子溢流。
在本发明实施例中，AlGaN层163的厚度范围可以为50nm-150nm。
在该实现方式中，通过设置一定厚度的AlGaN层163保证对电子的阻挡效果，但是，AlGaN层163的厚度也不能够过厚导致整个外延片厚度太大，影响器件的轻薄化。
示例性地，该AlGaN层163的厚度可以为50nm。
在本发明实施例中，AlGaN层163为P型掺杂ALGAN层，掺杂浓度在2×1017～2×1018cm-3之间。
在该实现方式中，通过设置一定掺杂浓度的AlGaN层163保证对电子的阻挡效果，但是，AlGaN层163的掺杂浓度也不能够过大进行影响空穴注入多量子阱层。
在该实现方式中，AlGaN层163中通过掺入三价元素(如硼)形成P型掺杂ALGAN层，在沿着AlGaN层163的生长方向，AlGaN层163中的P型掺杂浓度不变。
在本发明实施例中，衬底可以采用二氧化硅图形化蓝宝石衬底(PatternedSapphire Substrate，PSS)。
图3是本发明实施例一种发光二极管外延片制备方法的流程图。该方法用于制备图1所示的外延片，参见图3，该方法包括：
步骤201：在衬底上依次生长GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、N型AlGaN层和多量子阱层。
在本发明实施例中，衬底可以采用二氧化硅PSS。
步骤202：在多量子阱层上生长电子阻挡层。
其中，电子阻挡层可以包括GaN层和Ag薄膜层，Ag薄膜层位于GaN层与P型掺杂GaN层接触的表面，GaN层与Ag薄膜层接触的一面上分布有AgGa金属化合物。
在本发明实施例中，Ag薄膜层是通过溅射工艺制作到GaN层上的，由于溅射时溅射到GaN层表面的Ag的温度较高，Ag会与GaN层表面的GaN反应，形成前述AgGa金属化合物。AgGa金属化合物包括金属合金态的化合物，以及AgGaN化合物。
在本发明实施例中，GaN层的厚度范围可以为50nm-150nm，Ag薄膜层的厚度范围可以为5-8nm。
在该实现方式中，通过设置一定厚度的GaN层保证Ag在溅射过程中不会伤害到多量子阱层，但是，GaN层的厚度也不能够过厚导致整个外延片厚度太大，影响器件的轻薄化。另外，通过溅射一定厚度的Ag薄膜实现对电子的阻挡，同时Ag薄膜厚度较小，处于透明状态，不影响整个器件的出光。
示例性地，GaN层的厚度可以为100nm，Ag薄膜层的厚度可以为5nm。
在本发明实施例中，GaN层中Ag的摩尔掺入量在0.1-0.3之间。
这里，Ag的摩尔掺入量是指在整个GaN层中Ag的摩尔量(摩尔)与GaN层的体积(升)之比。Ag的摩尔掺入量与溅射工艺相关，如果溅射温度太低，则Ag的摩尔掺入量低，AgGa金属化合物较少，则不利于电子阻挡层的效果。但是，要想提高Ag的摩尔掺入量，则需要提高溅射温度等参数，另一方面对溅射设备要求较高，另一方面容易对已生长的膜层造成伤害。
可选地，该电子阻挡层还可以包括AlGaN层，AlGaN层位于GaN层和多量子阱层之间。
在该实现方式中，在GaN层和多量子阱层之间设置AlGaN层，通过设置该AlGaN层能够进一步阻挡电子溢流。
在本发明实施例中，AlGaN层的厚度范围可以为50nm-150nm。
在该实现方式中，通过设置一定厚度的AlGaN层保证对电子的阻挡效果，但是，AlGaN层的厚度也不能够过厚导致整个外延片厚度太大，影响器件的轻薄化。
示例性地，该AlGaN层的厚度可以为50nm。
在本发明实施例中，AlGaN层为P型掺杂ALGAN层，掺杂浓度在2×1017～2×1018cm-3之间。
在该实现方式中，通过设置一定掺杂浓度的AlGaN层保证对电子的阻挡效果，但是，AlGaN层的掺杂浓度也不能够过大进行影响空穴注入多量子阱层。
在该实现方式中，AlGaN层中通过掺入三价元素(如硼)形成P型掺杂ALGAN层，在沿着AlGaN层的生长方向，AlGaN层中的P型掺杂浓度不变。
步骤203：在电子阻挡层上依次生长P型掺杂GaN层和P型接触层。
本发明实施例中，多量子阱层和P型掺杂GaN层之间设置有电子阻挡层，该电子阻挡层包括GaN层和Ag薄膜层，Ag薄膜层位于GaN层与P型掺杂GaN层接触的表面，GaN层与Ag薄膜层接触的一面上分布有AgGa金属化合物。其中，通过在GaN层的至少一个表面形成Ag薄膜层，Ag薄膜层与GaN层接触的面发生相互作用形成AgGa金属化合物，从多量子阱层溢流出来的电子会被掺AgGa金属化合物阻挡，避免电子进行P型掺杂GaN层与空穴复合，增加了进入到多量子阱层的空穴浓度；另外，AgGa金属化合物由于局域态密度的影响，有利于提高生长在电子阻挡层和P型掺杂GaN层组合膜层的空穴浓度，提高P型掺杂GaN层空穴的有效注入，从而提升量子阱区载流子复合效率，提高了具有该外延片的发光二极管的发光效率。
图4是本发明实施例另一种GaN基发光二极管外延片制备方法的流程图。该方法用于制备图1或图2所示的外延片，参见图4，该方法包括：
步骤301：在衬底上生长GaN缓冲层。
在本发明实施例中，衬底可以采用二氧化硅PSS。在生长缓冲层之前，该方法还可以包括：将衬底置于氢气气氛中退火处理8分钟，清洁衬底表面，温度可以在1000℃与1200℃之间；然后对衬底进行氮化处理。
在本发明实施例中，该步骤可以包括：将温度调整至400℃-600℃，生长15至35nm厚的GaN缓冲层，生长压力区间可以为400Torr-600Torr。
在缓冲层生长完成后，该方法还可以包括：对缓冲层进行退火处理，温度可以在1000℃-1200℃之间，时间可以在5分钟至10分钟之间，压力可以为400Torr-600Torr。
步骤302：在GaN缓冲层上生长未掺杂GaN层。
在本发明实施例中，该步骤可以包括：将温度调节至1000℃～1100℃，生长厚度在1至5.0微米的未掺杂GaN层，生长压力可以在100Torr至500Torr之间。
步骤303：在未掺杂GaN层上生长N型掺杂GaN层。
在未掺杂GaN层生长结束后，生长一层Si掺杂的N型掺杂GaN层，厚度可以在1.0～5.0微米之间，生长温度可以在1000℃～1200℃之间，压力可以在100Torr至500Torr之间，Si掺杂浓度可以在1018cm-3～1019cm-3之间。
步骤304：在N型掺杂GaN层上生长N型AlGaN层。
在N型掺杂GaN层生长结束后，生长N型AlGaN层，N型AlGaN层厚度可以在50nm-180nm之间，生长温度可以在800℃-1100℃之间，生长压力可以在300Torr至500Torr之间，Al摩尔掺入量可以为0-0.3。
步骤305：在N型AlGaN层上生长多量子阱层。
在N型AlGaN层生长结束后，生长多量子阱层，多量子阱层由3到15个周期的InxGa1-xN(0<x<1)和GaN超晶格结构组成，阱厚可以在3nm左右，生长温度的范围可以在720℃-829℃之间，压力范围可以在100Torr与500Torr之间；垒的厚度在9nm至20nm间，生长温度在850℃-959℃之间，生长压力在100Torr到500Torr之间。
步骤306：在多量子阱层上生长电子阻挡层。
在本发明实施例中，在多量子阱层上生长电子阻挡层，可以包括：
在金属有机化合物化学气相沉淀设备中生长温度范围为850℃-1080℃、生长压力范围为200Torr-500Torr的条件下，在多量子阱层上生长GaN层；
在物理气相沉积设备中工作温度范围为100-300℃、工作压力范围为1-5Pa、溅射功率范围为10-50W的条件下，采用溅射工艺在GaN层上溅射一层Ag，得到Ag薄膜层。
通过上述步骤生长得到的电子阻挡层包括GaN层和Ag薄膜层，Ag薄膜层位于GaN层与P型掺杂GaN层接触的表面，GaN层与Ag薄膜层接触的一面上分布有AgGa金属化合物。
在本发明实施例中，Ag薄膜层是通过溅射工艺制作到GaN层上的，由于溅射时溅射到GaN层表面的Ag的温度较高，Ag会与GaN层表面的GaN反应，形成前述AgGa金属化合物。AgGa金属化合物包括金属合金态的化合物，以及AgGaN化合物。
在本发明实施例中，GaN层的厚度范围可以为50nm-150nm，Ag薄膜层的厚度范围可以为5-8nm。
在该实现方式中，通过设置一定厚度的GaN层保证Ag在溅射过程中不会伤害到多量子阱层，但是，GaN层的厚度也不能够过厚导致整个外延片厚度太大，影响器件的轻薄化。另外，通过溅射一定厚度的Ag薄膜实现对电子的阻挡，同时Ag薄膜厚度较小，处于透明状态，不影响整个器件的出光。
示例性地，GaN层的厚度可以为100nm，Ag薄膜层的厚度可以为5nm。
在本发明实施例中，GaN层中Ag的摩尔掺入量在0.1-0.3之间。
这里，Ag的摩尔掺入量是指在整个GaN层中Ag的摩尔量(摩尔)与GaN层的体积(升)之比。Ag的摩尔掺入量与溅射工艺相关，如果溅射温度太低，则Ag的摩尔掺入量低，AgGa金属化合物较少，则不利于电子阻挡层的效果。但是，要想提高Ag的摩尔掺入量，则需要提高溅射温度等参数，另一方面对溅射设备要求较高，另一方面容易对已生长的膜层造成伤害。
可选地，在多量子阱层上生长电子阻挡层，还可以包括：
在生长GaN层之前，在金属有机化合物化学气相沉淀设备中生长温度范围为850℃-1080℃、生长压力范围为200Torr-500Torr的条件下，在多量子阱层上生长AlGaN层。
通过上述步骤生长得到的电子阻挡层还包括AlGaN层，AlGaN层位于GaN层和多量子阱层之间。
在该实现方式中，在GaN层和多量子阱层之间设置AlGaN层，通过设置该AlGaN层能够进一步阻挡电子溢流。
在本发明实施例中，AlGaN层的厚度范围可以为50nm-150nm。
在该实现方式中，通过设置一定厚度的AlGaN层保证对电子的阻挡效果，但是，AlGaN层的厚度也不能够过厚导致整个外延片厚度太大，影响器件的轻薄化。
示例性地，该AlGaN层的厚度可以为50nm。
在本发明实施例中，AlGaN层为P型掺杂ALGAN层，掺杂浓度在2×1017～2×1018cm-3之间。
在该实现方式中，通过设置一定掺杂浓度的AlGaN层保证对电子的阻挡效果，但是，AlGaN层的掺杂浓度也不能够过大进行影响空穴注入多量子阱层。
在该实现方式中，AlGaN层中通过掺入三价元素(如硼)形成P型掺杂ALGAN层，在沿着AlGaN层的生长方向，AlGaN层中的P型掺杂浓度不变。
步骤307：在电子阻挡层上生长P型掺杂GaN层。
在电子阻挡层生长完成后，在其上生长一层P型掺杂GaN层，厚度可以在100nm至800nm之间，生长温度可以在800℃-950℃之间，生长压力区间可以为200Torr-300Torr。
步骤308：在P型掺杂GaN层上生长P型接触层。
P型掺杂GaN层结束后，在P型掺杂GaN层上生长P型接触层，厚度可以为5nm至300nm之间，生长温度区间可以为800℃～950℃，生长压力区间可以为100Torr～300Torr。
生长结束后，将反应腔温度降低，在氮气气氛中退火处理，退火温度区间可以为650℃～850℃，退火处理5到15分钟，降至室温外延生长结束。
本发明实施例还提供了一种发光二极管，发光二极管包括如前的发光二极管外延片。
本发明实施例中，多量子阱层和P型掺杂GaN层之间设置有电子阻挡层，该电子阻挡层包括GaN层和Ag薄膜层，Ag薄膜层位于GaN层与P型掺杂GaN层接触的表面，GaN层与Ag薄膜层接触的一面上分布有AgGa金属化合物。其中，通过在GaN层的至少一个表面形成Ag薄膜层，Ag薄膜层与GaN层接触的面发生相互作用形成AgGa金属化合物，从多量子阱层溢流出来的电子会被掺AgGa金属化合物阻挡，避免电子进行P型掺杂GaN层与空穴复合，增加了进入到多量子阱层的空穴浓度；另外，AgGa金属化合物由于局域态密度的影响，有利于提高生长在电子阻挡层和P型掺杂GaN层组合膜层的空穴浓度，提高P型掺杂GaN层空穴的有效注入，从而提升量子阱区载流子复合效率，提高了具有该外延片的发光二极管的发光效率。
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。
Claims (10)
1.一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括：衬底、以及依次层叠于所述衬底上的氮化镓缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型掺杂氮化镓层、N型铝镓氮层、多量子阱层、电子阻挡层、P型掺杂氮化镓层和P型接触层；其特征在于，所述电子阻挡层包括氮化镓层和银薄膜层，所述银薄膜层位于所述氮化镓层与所述P型掺杂氮化镓层接触的表面，所述氮化镓层与所述银薄膜层接触的一面上分布有银镓金属化合物。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述氮化镓层的厚度范围为50nm-150nm，所述银薄膜层的厚度范围为5-8nm。
3.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述氮化镓层中银的摩尔掺入量在0.1-0.3之间。
4.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述电子阻挡层还包括铝镓氮层，所述铝镓氮层位于所述氮化镓层和所述多量子阱层之间。
5.根据权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述铝镓氮层的厚度范围为50nm-150nm。
6.一种发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括如权利要求1-5任一项所述的发光二极管外延片。
7.一种发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在衬底上依次生长氮化镓缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型掺杂氮化镓层、N型铝镓氮层和多量子阱层；
在所述多量子阱层上生长电子阻挡层，所述电子阻挡层包括氮化镓层和银薄膜层，所述银薄膜层位于所述氮化镓层的表面，所述氮化镓层与所述银薄膜层接触的一面上分布有银镓金属化合物；
在所述电子阻挡层的银薄膜层上依次生长P型掺杂氮化镓层和P型接触层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述氮化镓层的厚度范围为50nm-150nm，所述银薄膜层的厚度范围为5-8nm。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述在所述多量子阱层上生长电子阻挡层，包括：
在金属有机化合物化学气相沉淀设备中生长温度范围为850℃-1080℃、生长压力范围为200Torr-500Torr的条件下，在所述多量子阱层上生长所述氮化镓层；
在物理气相沉积设备中工作温度范围为100-300℃、工作压力范围为1-5Pa、溅射功率范围为10-50W的条件下，采用溅射工艺在所述氮化镓层上溅射一层银，得到所述银薄膜层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述在所述多量子阱层上生长电子阻挡层，还包括：
在生长所述氮化镓层之前，在所述金属有机化合物化学气相沉淀设备中生长温度范围为850℃-1080℃、生长压力范围为200Torr-500Torr的条件下，在所述多量子阱层上生长铝镓氮层。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000164928A (ja) * | 1998-11-25 | 2000-06-16 | Toshiba Electronic Engineering Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000164928A (ja) * | 1998-11-25 | 2000-06-16 | Toshiba Electronic Engineering Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
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