一种GaN基LED外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN基LED外延结构及其制备方法，GaN基LED外延结构包括：衬底、第一类型外延层、包括周期层叠的第一势阱层和第一势垒层的第一量子阱结构层、包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层的第二量子阱结构层、第二类型外延层，且所述第一势阱层的带隙大于所述第二势阱层的带隙。因在所述第二量子阱结构层之前加入了第一量子阱结构层，且在所述第一势阱层的带隙大于所述第二势阱层的带隙，所述第一量子阱结构层可以阻挡空穴注入到除了第二量子阱结构层之外的其他非发光区域，从而提高LED的内量子效率，提升LED的亮度。

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基LED外延结构及其制备方法
本专利技术属于半导体发光领域，特别是涉及一种GaN基LED外延结构及其制备方法。
技术介绍
发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电能转换为光能。氮化镓(GaN)基材料具有宽的直接带隙、强化学键、耐高温、抗腐蚀等优良性能，现阶段InGaN/GaN发光二极管被视为当今最有潜力的发光源，正逐渐取代传统的照明光源，越来越广泛地应用于全彩大屏幕显示、LCD(LiquidCrystalDisplay，液晶显示屏)背光源、信号灯、照明等领域。然而，采用蓝宝石基板的GaN基LED由于GaN和蓝宝石基板之间存在较大的晶格失配度，导致GaN生长过程中存在大量的缺陷，在量子阱结构层中会产生大量(密度高达1.0e8cm-2)的V型坑(Pits)，而V型坑中存在空穴的侧向注入，但空穴在V型坑中侧向注入时不能全部注入到发光量子阱中，降低了空穴的有效注入效率，从而严重限制了GaN基LED发光效率的提升。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种GaN基LED外延结构及其制备方法，以提高LED的亮度。
技术实现思路
本专利技术提供一种GaN基LED外延结构及其制备方法，有利于空穴有效的注入到量子阱结构的发光层中，提升LED的内量子效率，进而提高LED的亮度。为达到上述技术效果，本专利技术提供一种GaN基LED外延结构，包括：衬底；第一类型外延层，位于所述衬底上；第一量子阱结构层，位于所述第一类型外延层上，所述第一量子阱结构层包括周期层叠的第一势阱层和第一势垒层；第二量子阱结构层，位于所述第一量子阱结构层上，所述第二量子阱结构层包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层，且所述第一势阱层的带隙大于所述第二势阱层的带隙；以及第二类型外延层，位于所述第二量子阱结构层上。进一步的，在所述GaN基LED外延结构中，所述第一势阱层的材质为包含In元素的三元或四元材料。较佳的，在所述GaN基LED外延结构中，所述第一势阱层的材质为InGaN，所述第一势垒层的材质为GaN、AlGaN和InAlGaN中的至少一种。较佳的，在所述GaN基LED外延结构中，所述第一势阱层的厚度在0.1nm～4.0nm范围之间，所述第一势垒层的厚度在3.0nm～20.0nm范围之间。进一步的，所述GaN基LED外延结构还包括一成核层，所述成核层位于所述衬底和所述第一类型外延层之间。进一步的，在所述GaN基LED外延结构中，所述第一类型外延层包括位于所述衬底上且自下至上层叠的未掺杂GaN层和N型GaN层。进一步的，所述GaN基LED外延结构还包括浅量子阱超晶格结构层，所述浅量子阱超晶格结构层位于所述第一类型外延层和第一量子阱结构层之间。进一步的，在所述GaN基LED外延结构中，所述第二类型外延层包括位于所述第二量子阱结构层上且自下至上层叠的P型电子阻挡层和P型GaN层。进一步的，在所述GaN基LED外延结构中，所述衬底为蓝宝石衬底、GaN衬底、硅衬底或碳化硅衬底。根据本专利技术的另一面，本专利技术还提供一种GaN基LED外延结构的制备方法，所述制备方法包括：提供一衬底；在所述衬底上生长第一类型外延层；在所述第一类型外延层上生长第一量子阱结构层，所述第一量子阱结构层包括周期层叠的第一势阱层和第一势垒层；在所述第一量子阱结构层上生长第二量子阱结构层，所述第二量子阱结构层包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层，且所述第一势阱层的带隙大于所述第二势阱层的带隙；以及在所述第二量子阱结构层上生长第二类型外延层。进一步的，在所述的制备方法中，所述第一势阱层为InGaN层，所述第一势垒层为GaN、AlGaN和InAlGaN中的至少一种。较佳的，在所述的制备方法中，所述第一势阱层的厚度在0.1nm～4.0nm范围之间，所述第一势垒层的厚度在3.0nm～20.0nm范围之间。较佳的，在所述的制备方法中，所述第一量子阱结构层的生长温度在700摄氏度～950摄氏度之间。进一步的，所述制备方法还包括在所述衬底和所述第一类型外延层之间生长一成核层。进一步的，在所述的制备方法中，所述第一类型外延层包括生长在所述衬底上自下至上层叠的未掺杂GaN层和N型GaN层，所述未掺杂GaN层和N型GaN层的生长温度为1000摄氏度～1200摄氏度，所述第一类型外延层的厚度为1.5um～4.5um，所述N型GaN层的Si掺杂浓度为1e18cm-3～3e19cm-3。进一步的，所述制备方法还包括在所述第一类型外延层和第一量子阱结构层之间生长一浅量子阱超晶格结构层。进一步的，在所述的制备方法中，所述第二量子阱结构层的生长温度为700摄氏度～950摄氏度，所述第二势阱层的厚度在1.5nm～4.0nm范围之间，所述第二势垒层的厚度在3.0nm～20.0nm范围之间。进一步的，在所述的制备方法中，所述第二类型外延层包括生长在所述第二量子阱结构层上自下至上层叠的P型电子阻挡层和P型GaN层，所述P型电子阻挡层为P型AlGaN、P型InAlGaN和P型AlGaN/GaN中的至少一种，所述P型电子阻挡层的厚度为30nm～80nm，其中，Mg掺杂浓度为5e18cm-3～3.5e19cm-3；所述P型GaN层的厚度为30nm～150nm，其中，Mg掺杂浓度为5e18cm-3～1e20cm-3。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的GaN基LED外延结构包括：衬底、第一类型外延层、包括周期层叠的第一势阱层和第一势垒层的第一量子阱结构层、包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层的第二量子阱结构层、第二类型外延层，且所述第一势阱层的带隙大于所述第二势阱层的带隙。因在所述第二量子阱结构层之前加入了第一量子阱结构层，且在所述第一势阱层的带隙大于所述第二势阱层的带隙，则所述第一量子阱结构层中的V型坑的斜面上的势阱带隙也会大于所述第二量子阱结构层中势阱带隙，因此，所述第一量子阱结构层可以阻挡空穴注入到除了第二量子阱结构层之外的其他非发光区域(则所述第一量子阱结构层是不参与发光的)，使得更多的空穴注入到所述第二量子阱结构层中，进而提高LED的内量子效率，提升LED的亮度。附图说明图1为本专利技术一种GaN基LED外延结构的制备方法的流程图；图2至图7为本专利技术一种GaN基LED外延结构的制备方法的各工艺步骤中外延结构的示意图。具体实施方式下面将结合流程图和示意图对本专利技术的一种GaN基LED外延结构及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本专利技术。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。本专利技术的核心思想在于，本专利技术提供一种GaN基LED外延结构，包括：衬底；第一类型外延层，位于所述衬底上；第一量子阱结构层，位于所述第一类型外延层上，所述第一量子阱结构层包括周期层叠的第一势阱层和第一势垒层；第二量子阱结构层，位于所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN基LED外延结构，其特征在于，包括：衬底；第一类型外延层，位于所述衬底上；第一量子阱结构层，位于所述第一类型外延层上，所述第一量子阱结构层包括周期层叠的第一势阱层和第一势垒层；第二量子阱结构层，位于所述第一量子阱结构层上，所述第二量子阱结构层包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层，且所述第一势阱层的带隙大于所述第二势阱层的带隙；以及第二类型外延层，位于所述第二量子阱结构层上。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基LED外延结构，其特征在于，包括：衬底；第一类型外延层，位于所述衬底上；第一量子阱结构层，位于所述第一类型外延层上，所述第一量子阱结构层包括周期层叠的第一势阱层和第一势垒层；第二量子阱结构层，位于所述第一量子阱结构层上，所述第二量子阱结构层包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层，且所述第一势阱层的带隙大于所述第二势阱层的带隙；以及第二类型外延层，位于所述第二量子阱结构层上。2.如权利要求1所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述第一势阱层的材质为包含In元素的三元或四元材料。3.如权利要求2所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述第一势阱层的材质为InGaN，所述第一势垒层的材质为GaN、AlGaN和InAlGaN中的至少一种。4.如权利要求1至3任意一项所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述第一势阱层的厚度在0.1nm～4.0nm范围之间，所述第一势垒层的厚度在3.0nm～20.0nm范围之间。5.如权利要求1至3任意一项所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述GaN基LED外延结构还包括一成核层，所述成核层位于所述衬底和所述第一类型外延层之间。6.如权利要求1至3任意一项所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述第一类型外延层包括位于所述衬底上且自下至上层叠的未掺杂GaN层和N型GaN层。7.如权利要求1至3任意一项所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述GaN基LED外延结构还包括浅量子阱超晶格结构层，所述浅量子阱超晶格结构层位于所述第一类型外延层和第一量子阱结构层之间。8.如权利要求1至3任意一项所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述第二类型外延层包括位于所述第二量子阱结构层上且自下至上层叠的P型电子阻挡层和P型GaN层。9.如权利要求1至3任意一项所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底、GaN衬底、硅衬底或碳化硅衬底。10.一种GaN基LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供一衬底；在所述衬底上生长第一类型外延层；在所述第一类型外延层上生长第一量子阱结构层，所述第一量子阱结构层包括周期层叠的第一势阱层和第一势垒层；在所述第一量子阱结...

【专利技术属性】
技术研发人员：马后永，卢国军，
申请(专利权)人：映瑞光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31