[发明专利]发光二极管的外延结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种发光二极管的外延结构及其制备方法，其中，发光二极管的外延结构包括：衬底；上述衬底上设置氮化物成核层；上述氮化物成核层上设置氮化物层；上述氮化物层上设置N型氮化物层；上述N型氮化物层上设置多量子阱层；上述多量子阱层上设置至少两层P型AlGaN层其中，相邻两层上述P型AlGaN层之间设置有石墨烯层；上述P型AlGaN层上设置P型GaN层。

技术领域

本发明属于照明技术领域，具体涉及一种发光二极管的外延结构及其制备方法。

背景技术

紫外LED具有波长短、光子能量高、光束均匀等优点，因此在物理杀菌、高显色指数的照明以及高密度光存储等领域有着重要的应用。经过大量的研究，目前已经在晶体质量、高Al组分和短波长结构设计等技术方面取得了重要突破，例如已成功制备300nm以下的深紫外LED器件，实现毫瓦级的功率输出，并在可靠性方面取得很大进展。

然而，紫外LED经常使用Mg掺杂的P型AlGaN层，由于Mg在AlGaN中电离率随着Al组分的增加而降低，导致了P型AlGaN层相对较低的电导率，P型AlGaN的高串联电阻使得紫外LED的注入效率低和工作电压高。各研究机构探索了多种提高P型AlGaN层导电性的方法，比如短周期AlGaN/AlGaN超晶格，渐变AlGaN层极化掺杂，以及替代P型材料如掺Mg的氮化硼，但均未取得较好的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种发光二极管的外延结构及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题。

作为本发明实施例的一个方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的外延结构，包括：衬底；上述衬底上设置氮化物成核层；上述氮化物成核层上设置氮化物层；上述氮化物层上设置N型氮化物层；上述N型氮化物层上设置多量子阱层；上述多量子阱层上设置至少两层P型AlGaN层其中，相邻两层上述P型AlGaN层之间设置有石墨烯层；上述P型AlGaN层上设置P型GaN层。

根据本发明实施例，衬底包括蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底中的任意一种。

根据本发明实施例，氮化物成核层、氮化物层均包括GaN层、AlN层、AlGaN层中的任意一种。

根据本发明实施例，N型氮化物层包括N型GaN层、N型AlN层、N型AlGaN层中的任意一种。

根据本发明实施例，多量子阱层GaN层、AlN层、InN层、AlGaN层、InGaN层中的任意两种组合。

根据本发明实施例，多量子阱层的波长覆盖范围为200～1770nm。

作为本发明实施例的另一个方面，本发明实施例还提供了一种上述外延结构的制备方法，包括：提供一衬底；在上述衬底上生长氮化物成核层；在上述氮化物成核层上生长氮化物层；在上述氮化物层上生长N型氮化物层；在上述N型氮化物层上生长P型AlGaN层；在上述P型AlGaN层上生长石墨烯层；在上述石墨烯层上再生长P型AlGaN层；在上述P型AlGaN层生长P型GaN层。

根据本发明实施例，在上述氮化物成核层上生长氮化物层，包括：在1010～1300℃下，采用气相外延生长法在上述氮化物成核层上生长氮化物层。

根据本发明实施例，在P型AlGaN层上生长石墨烯层，包括：采用转移法或等离子体增强化学的气相沉积法在P型AlGaN层上生长石墨烯层。

根据本发明实施例，转移法包括干法转移法和湿法转移法中的任意一种。

本发明实施例中，由于石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小，单层石墨烯的电子迁移率在50～500K温度下都可以达到15000cm²/(V·s)，具有超强导电性，因此在P型AlGaN层上生长石墨烯层，有效提高电流扩展能力，降低串联电压，提高发光二极管的电注入效率。

附图说明