一种具有高发光效率的LED外延片制造技术

本发明专利技术公开了一种具有高发光效率的LED外延片，沿外延层生长方向从下到上依次包括：衬底，缓冲层，u型GaN层，n型GaN层，量子阱层，p型GaN层，量子阱层内势阱不变，势垒高度沿外延层生长方向从下到上逐渐降低。本发明专利技术提高了量子阱内空穴浓度，进而提高了发光效率。

LED epitaxial wafer with high luminous efficiency

The invention discloses a LED epitaxial wafer with high luminous efficiency, including from the bottom to the top along the growth direction of epitaxial layer: substrate, buffer layer, u GaN layer, n GaN layer, a quantum well layer, P GaN layer, a quantum well layer within the trap unchanged, the barrier height along the epitaxial layer growth the direction decreases gradually from the bottom to the top. The invention improves the hole concentration in the quantum well and improves the luminous efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件领域，特别涉及一种LED外延片。
技术介绍
氮化镓(GaN)及其三元合金材料在短波长的光电器件应用广泛，其材料特性倍受关注，重点是提高GaN材料质量和LED的量子效率即光电转换效率。对于LED器件,p型材料的空穴浓度直接影响着器件的发光效率和强度等重要参数,GaN基LED器件的核心工作区域为一p-n结,因此对GaN材料p型掺杂和n型掺杂的控制尤为重要，n型掺杂技术比较简单,通常使用施主元素Si进行掺杂即可，但是p型掺杂受主元素为深能级受主，其激活能高，使得p型掺杂困难，产生空穴浓度低，同时，由于n型掺杂简单，产生的电子浓度高，电子扩散至p层，会在p层消耗空穴，减少空穴浓度，所以量子阱内电子空穴对数量少，发光效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高发光效率的LED外延片，提高量子阱内空穴浓度，进而提高发光效率。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术手段：一种具有高发光效率的LED外延片，沿外延层生长方向从下到上依次包括：衬底，缓冲层，u型GaN层，n型GaN层，量子阱层，p型GaN层，量子阱层内势阱不变，势垒高度沿外延层生长方向从下到上逐渐降低。优选的，量子阱层阱垒周期数为10～15个。优选的，每个周期中的阱层厚度3nm～5nm，每个周期中的垒层厚度15nm～20nm。优选的，量子阱层中，阱层材料为InxGa1-xN，x＝0.15～0.2，垒层材料为AlyInzGa1-y-zN，其中y＝0～0.2,z＝0～0.05,且沿外延层生长方向从下到上y逐渐降低，z逐渐增大。优选的，垒层材料为AlyInzGa1-y-zN中，y>0时1-y-z＝1-y，x>0时1-y-z＝1-x。优选的，y>0时，量子阱层阱垒周期数为5～6个；x>0时，量子阱层阱垒周期数为5～6个。优选的，p型GaN层包括：低掺杂浓度p型InuGa1-uN层，高掺杂浓度的p型AlvGa1-vN/InuGa1-uN超晶格层,其中u＝0～0.2，v＝0.2～0.3，并且v靠近量子阱层一侧最大，沿外延层生长方向从下到上逐渐减少。优选的，超晶格周期5～10个。优选的，所述n型GaN层包括低掺杂Si浓度的n-GaN层，Si掺杂的AlGaN层以及高掺杂Si浓度的n-GaN层，并且高掺杂浓度的n-GaN层与量子阱层之间形成n型GaN层与u型GaN层交替循环的电子扩展层。优选的，n型GaN层与u型GaN层交替循环周期数为5～10个。相对于现有技术，本专利技术具有以下优点：本专利技术量子阱内势阱不变，势垒高度沿外延层生长方向从下到上逐渐降低，量子阱下面与n型GaN相连，n型GaN由于Si掺杂容易，产生的电子浓度高，扩散到p层会消耗空穴，与n型GaN相连的量子阱一侧势垒高度大，一定程度减少电子浓度，减少对p层空穴的消耗，量子阱上面与p型GaN相连,p型GaN由于Mg掺杂困难，产生的空穴浓度低，与p型GaN相连的量子阱一侧势垒高度低，允许空穴更多流向量子阱与电子复合，提高发光效率，同时势垒高度沿外延层生长方向渐变，势垒高度逐渐变化，不会明显增大量子阱层电阻，因此，本专利技术在保证正向电压的情况下，有效增加了发光效率。同时，若p型GaN层包括：低掺杂浓度p型InuGa1-uN层，高掺杂浓度的p型AlvGa1-vN/InuGa1-uN超晶格层,其中u＝0～0.2，v＝0.2～0.3，并且v靠近量子阱层一侧最大，沿外延层生长方向从下到上逐渐减少。In的加入使得p层结晶质量更好，减少缺陷，同时In的加入降低了Mg的激活能，增加了空穴浓度；AlvGa1-vN/InuGa1-uN超晶格层结构形成空穴微带，进一步降低Mg的激活能，增加空穴浓度，Al组分渐变，一方面有效阻挡n层GaN扩散过来的电子，另一方面减少了对p层的空穴的阻挡作用，所以p层流至量子阱层的空穴得到有效增加，发光效率得到有效改善。此外，高掺杂浓度的n-GaN层与量子阱层之间形成n型GaN与u型GaN交替循环的电子扩展层，使得电子在横向更加均匀的分布，也增加了量子阱内电子空穴对复合的几率，增加发光效率。附图说明图1为本专利技术实施例1的外延片结构示意图；图2为本专利技术实施例2的外延片p型GaN层结构示意图；图3为本专利技术实施例3的外延片n型GaN层结构示意图；图4为本专利技术实施例5(对比例)的外延片结构示意图。具体实施方式下面结合附图以及实施例对本专利技术进行介绍，实施例仅限于对本专利技术进行解释，不对本专利技术进行任何限定。见图1至图4所示，一种具有高发光效率的LED外延片，沿外延层生长方向从下到上依次包括：衬底100，缓冲层200，u型GaN层300，n型GaN层400，量子阱层500，p型GaN层600，量子阱层内势阱不变，势垒高度沿外延层生长方向从下到上逐渐降低。量子阱层500中，阱层510材料可以为InxGa1-xN，x＝0.15～0.2，垒层520材料为AlyInzGa1-y-zN，其中y＝0～0.2,z＝0～0.05,沿外延层生长方向从下到上y逐渐降低，z逐渐增大，以实现量子阱层内势阱不变，势垒高度沿外延层生长方向从下到上逐渐降低，量子阱层500中，阱层510和垒层520周期数可为10～15个，每个周期中的阱层510厚度3nm～5nm，每个周期中的垒层520厚度15nm～20nm。优选方案，垒层520材料AlyInzGa1-y-zN，y>0时1-y-z＝1-y，x>0时1-y-z＝1-x，y>0时，量子阱层500内的阱层510和垒层520周期数为5～6个，即前5～6个阱垒周期中垒层520材料为AlyGa1-yN，y＝0～0.2，AlyGa1-yN相对于GaN势垒高度大，且Al含量越高，势垒高度越大，AlyGa1-yN势垒起到一定程度减少电子浓度作用，减少其向p层流动的数量，y逐渐减小至第5或6个周期之后，y减小为0，垒层520材料变成常规GaN材料,维持2～3个周期，后面5～6个阱垒周期中垒层520材料为InzGa1-zN，z＝0～0.05，z逐渐增大，靠近p层GaN处最大，InzGa1-zN相对于GaN势垒高度小，且In含量越高势垒高度越小，InzGa1-zN势垒使得空穴更容易通过，增加量子阱层500中的空穴浓度，整个量子阱层500中势垒高度渐变，防止电阻升高。另一优选方案，p型GaN层600包括：低掺杂浓度p型InuGa1-uN层610，Mg掺杂浓度1018cm-3～1019cm-3，高掺杂浓度的p型AlvGa1-vN/InuGa1-uN超晶格层620,Mg掺杂浓度1019cm-3～1020cm-3,其中u＝0～0.2，v＝0.2～0.3，超晶格周期5～10个，并且v靠近量子阱层一侧最大，沿外延层生长方向从下到上逐渐减少，AlvGa1-vN势垒高度大，对n型GaN层400扩散过来的电子起到阻挡作用，但同时也会对p型GaN层600的空穴向量子阱层500的扩散起到一定的阻碍作用，Al含量渐变的结构使得既能有效地减小电子浓度，又减弱了对空穴的阻碍作用，并且这个p型GaN层600中In的加入使得晶格质量变好，减少缺陷，同时In降低Mg的激活能，结合超晶格结构空穴微带进一步降低Mg的激活能，提高空穴浓度，进而增加发光效率。另一优选方案，n型GaN层400包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高发光效率的LED外延片，沿外延层生长方向从下到上依次包括：衬底，缓冲层，u型GaN层，n型GaN层，量子阱层，p型GaN层，其特征在于：量子阱层内势阱不变，势垒高度沿外延层生长方向从下到上逐渐降低。

【技术特征摘要】
1.一种具有高发光效率的LED外延片，沿外延层生长方向从下到上依次包括：衬底，缓冲层，u型GaN层，n型GaN层，量子阱层，p型GaN层，其特征在于：量子阱层内势阱不变，势垒高度沿外延层生长方向从下到上逐渐降低。2.根据权利要求1所述的具有高发光效率的LED外延片，其特征在于：量子阱层阱垒周期数为10～15个。3.根据权利要求1所述的具有高发光效率的LED外延片，其特征在于：每个周期中的阱层厚度3nm～5nm，每个周期中的垒层厚度15nm～20nm。4.根据权利要求1所述的具有高发光效率的LED外延片，其特征在于：量子阱层中，阱层材料为InxGa1-xN，x＝0.15～0.2，垒层材料为AlyInzGa1-y-zN，其中y＝0～0.2,z＝0～0.05,且沿外延层生长方向从下到上y逐渐降低，z逐渐增大。5.根据权利要求4所述的具有高发光效率的LED外延片，其特征在于：垒层材料为AlyInzGa1-y-zN中，y>0时1-y-z＝1-y，x>0时1-y-z＝1-x。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李风浪，李舒歆，
申请(专利权)人：东莞市联洲知识产权运营管理有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44