GaN基LED外延结构制造技术

技术编号:12561576 阅读:140 留言:0更新日期:2015-12-22 16:47
本实用新型专利技术提供一种GaN基LED外延结构,LED外延结构从下向上依次包括:衬底,N型GaN层,MQW有源层,P型GaN层。其中,MQW有源层包括InGaN阱层、以及生长在InGaN阱层之上的掺杂垒层,掺杂垒层为AlxGa(1-x)N垒层,AlxGa(1-x)N垒层中Al的摩尔含量从与InGaN阱层接触的下表面到与P型GaN层接触的上表面先递增,再递减。本实用新型专利技术采用渐变的AlxGa(1-x)N多量子阱层结构形成能级梯度,与InGaN阱层形成的压应力减小,可以有效释放量子阱中的压应力,改善其极化电场效应,减弱量子阱内的斯托克斯效应,提高电子载流子和空穴载流子符合几率,提高内量子效率,从而提高LED的发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体发光器件
,尤其涉及一种GaN基LED外延结构
技术介绍
GaN (氮化镓)是制作LED外延片的材料之一。GaN是极稳定的化合物和坚硬的高熔点材料,也是直接跃迀的宽带隙半导体料,不仅具有良好的物理和化学性质,而且具有电子饱和速率高、热导率好、禁带宽度大和介电常数小等特点和强的抗辐照能力,可用来制备稳定性能好、寿命长、耐腐蚀和耐高温的大功率器件。通常,GaN基LED在蓝宝石衬底上进行外延生长。传统的GaN基LED外延结构一般采用InGaN/GaN的MQW (multiple quantum well,多量子讲)有源发光层结构。因InN (氮化铟)与GaN之间存在着很大的晶格失配(约为11%),导致GaN基LED发光层的多量子阱InGaN/GaN中也存在着很大的压应力。一方面,压应力会产生压电极化电场,引起量子阱能带的倾斜,使电子和空穴波函数的交叠减少,造成内量子效率的下降,即所谓的量子限制斯塔克效应(QCSE);另一方面,压应力会影响量子阱中In的有效合并,使其难以形成晶体质量良好的高In组份的量子阱,从而使LED的发光效率较低。所以InGaN量子阱中应力的调制成为提高发光效率的关键因素之一。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种GaN基LED外延结构。为了实现上述目的,本技术一实施方式提供一种GaN基LED外延结构,该LED外延结构从下向上依次包括:衬底,N型GaN层,MQff有源层,P型GaN层。其中,MQff有源层包括InGaN讲层、以及生长在InGaN讲层之上的掺杂皇层,掺杂皇层为AlxGau x)N皇层,AlxGaa x)N皇层中Al的摩尔含量从与InGaN阱层接触的下表面到与P型GaN层接触的上表面先递增,再递减。作为本实施方式的进一步改进,掺杂皇层与InGaN阱层接触的下表面中,x的取值为O。作为本实施方式的进一步改进,掺杂皇层与P型GaN层接触的上表面中,x的取值为O。作为本实施方式的进一步改进,掺杂皇层自下向上包括第一掺杂皇层及第二掺杂皇层,第一掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐升高,且X的取值范围为O到10%,第二掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐降低,且X的取值范围为10%到O。作为本实施方式的进一步改进,第一掺杂皇层厚度范围为20-80埃。作为本实施方式的进一步改进,第二掺杂皇层厚度范围为20-80埃。作为本实施方式的进一步改进,掺杂皇层自下向上包括第一掺杂皇层、第二掺杂皇层及第三掺杂皇层,第一掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐升高,且X的取值范围为O到10%,第二掺杂皇层不掺杂铝或者掺杂恒定浓度的铝,第三掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐降低,且X的取值范围为10%到O。作为本实施方式的进一步改进,掺杂皇层自下向上包括第一掺杂皇层、第二掺杂皇层及第三掺杂皇层,第一掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐升高,且X的取值范围为O到10%,第二掺杂皇层AlxGau X)N中x为恒定值,x的取值范围为4%到10%,第三掺杂皇层AlxGaa X)N自下向上X值逐渐降低,且X的取值范围为10%到O。作为本实施方式的进一步改进,上述第一掺杂皇层厚度20-40埃,第二掺杂皇层厚度40-60埃,第三掺杂皇层厚度20-40埃。作为本实施方式的进一步改进,AlxGaa x)N皇层中Al的摩尔含量从与InGaN阱层接触的下表面到与P型GaN层接触的上表面先线性递增,再线性递减。与现有技术相比,本技术采用渐变的AlxGa (1 x)N多量子阱层结构形成能级梯度,与InGaN阱层形成的压应力减小,可以有效释放量子阱中的压应力,改善其极化电场效应,减弱量子阱内的斯托克斯效应,提高电子载流子和空穴载流子符合几率,提高内量子效率,从而提高LED的发光效率。【附图说明】图1是本技术一实施方式中GaN基LED外延结构的结构示意图;图2是本技术一实施方式中GaN基LED外延结构的制备方法的流程示意图。【具体实施方式】以下将结合附图所示的【具体实施方式】对本技术进行详细描述。但这些实施方式并不限制本技术,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本技术的保护范围内。如图1所示,本技术提供的GaN基LED外延结构,该LED外延结构从下向上依次包括:衬底10,N型GaN层20,MQff有源层30,P型GaN层40。本技术一实施方式中,衬底10的材料为蓝宝石衬底,当然,在本技术的其他实施方式中,衬底10也可以为其他衬底材料,如S1、SiC等。本技术一实施方式中,N型GaN层20优选高温N型GaN层。本技术一实施方式中,MQff有源层30包括:从下向上依次生成的InGaN阱层31、以及生长在InGaN阱层之上的掺杂皇层33。本技术一实施方式中,掺杂皇层33为AlxGau x)N掺杂皇层,该AlxGau x)N掺杂皇层中Al的摩尔含量从与InGaN阱层31接触的下表面到与P型GaN层40接触的上表面方向先逐渐增加,再逐渐减小。本专利技术一实施方式中,掺杂皇层33中Al的摩尔含量从与InGaN阱层31接触的下表面到与P型GaN层40接触的上表面方向先线性递增,再线性递减。进一步的,掺杂皇层33自下向上包括第一掺杂皇层及第二掺杂皇层。其中,第一掺杂皇层在GaN中掺杂自下向上含量逐渐升高的铝,且铝的摩尔含量由O渐升至10%,即,第一掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐升高,且X的取值范围为O到10%,第一掺杂皇层厚度范围为20-80埃。第二掺杂皇层在GaN中掺杂自下向上含量逐渐降低的铝,且铝的摩尔含量由10%渐减至0,即,第二掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐降低,且x的取值范围为10%到0,第二掺杂皇层厚度20-80埃。又或者,掺杂皇层33自下向上包括第一掺杂皇层、第二掺杂皇层及第三掺杂皇层。其中,第一掺杂皇层自下向上掺杂含量逐渐升高的铝,且铝的摩尔含量由O渐升至10%,即,第一掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐升高,且X的取值范围为O到10%,第一掺杂皇层厚度20-40埃;第二掺杂皇层不掺杂铝或者掺杂恒定浓度的铝,若掺杂铝,其摩尔含量为4%到10%,即,第二掺杂皇层AlxGau X)N中,x的取值范围为4%到10%,第二掺杂皇层厚度40-60埃;第三掺杂皇层掺杂自下向上含量逐渐降低的铝,且铝的摩尔含量由10%渐减至0,即,第三掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐降低,且X的取值范围为10%到0,第三掺杂皇层厚度20-40埃。本技术一实施方式中,AlxGau X)N掺杂皇层33与InGaN阱层31接触的下表面中,X的取值为O;AlxGaa x)N掺杂皇层33与P型GaN层40接触的上表面中,x的取值为O。如此,采用渐变的AlxGaa x)N多量子阱层结构形成能级梯度,在与InGaN接触的表面上不掺杂Al,使该表面因晶格材料差异形成的压应力减小,可以有效释放量子阱中的压应力,改善其极化电场效应,减弱量子阱内的斯托克斯效应,提高电子载流子和空穴载流子符合几率,提高内量子效率。本技术一实施方式中,P型GaN层4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基LED外延结构,其特征在于,所述LED外延结构从下向上依次包括:衬底,N型GaN层,MQW有源层, P型GaN层;所述MQW有源层包括InGaN阱层、以及生长在InGaN阱层之上的掺杂垒层,所述掺杂垒层为AlxGa(1‑x)N垒层,所述AlxGa(1‑x)N垒层中Al的摩尔含量从与所述InGaN阱层接触的下表面到与所述P型GaN层接触的上表面先递增,再递减。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:刘恒山陈立人冯猛
申请(专利权)人:聚灿光电科技股份有限公司
类型:新型
国别省市:江苏;32

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