LED的量子阱结构、其制作方法及包括其的LED外延片技术

本发明专利技术公开了一种LED的量子阱结构、其制作方法及包括其的LED外延。其中，该量子阱结构包括：第一GaN垒层，设置于LED中n型GaN层上；第一缓冲层，设置于第一GaN垒层上，第一缓冲层包括交替设置的第一InGaN层和第一GaN层；第二GaN垒层，设置于第一缓冲层上；第二缓冲层，设置于第二GaN垒层上，第二缓冲层包括交替设置的第二InGaN层和第二GaN层；量子阱发光层，设置于第二缓冲层上，量子阱发光层包括交替设置的第三InGaN层和第三GaN层，且第三InGaN层中In的浓度分别大于第二InGaN层中In的浓度和第一InGaN层中In的浓度。该量子阱结构中量子阱发光层的晶体质量得到了提高。

【技术实现步骤摘要】
LED的量子阱结构、其制作方法及包括其的LED外延片
本专利技术涉及半导体照明
，具体而言，涉及一种LED的量子阱结构、其制作 方法及包括其的LED外延片。
技术介绍
发光二极管（LED)作为一种高效、环保和绿色新型固态照明光源，具有体积小、重 量轻、寿命长、可靠性高及使用功耗低等优点，使其得以广泛应用。特别地，随着LED行业的 迅猛发展，绿光LED的应用范围逐渐扩大，广泛应用于室内外大型看板、交通信号灯、背光 源（电脑、手机显示屏）、固定式彩色照明系统等各个领域。与绿光有关的LED产品市场份 额也在逐年扩大，且市场对绿光LED的性能要求也越来越高。 图1是现有的GaN基LED外延片的剖面结构示意图，该LED外延片包括沿远离衬 底10'表面方向上依次设置的GaN成核层20'、u型GaN层30'、n型GaN层40'、量子阱 结构50'以及p型GaN层60'，且量子阱结构50'包括沿远离η型GaN层40'的方向上 依次设置的GaN垒层51'、浅量子阱层52'和量子阱发光层53'。其中，浅量子阱层52' 包括交替设置的InGaN层和GaN层，量子阱发光层53'也包括交替设置的InGaN层和GaN 层，且量子阱发光层53'中的InGaN层中In浓度比浅量子阱层52'中第一 InGaN层中In 的浓度高。形成该LED外延片的方法通常为：采用M0CVD (金属有机化合物气相外延）在 衬底10'上外延生长一层GaN成核层20'，然后再生长u型GaN层30'(非掺杂的GaN)， 目的是提高后续外延晶体的质量，在此基础上再依次生长η型GaN、量子阱结构50'和p型 GaN，从而形成如图1所示的LED外延片。 上述LED外延片中，由于量子阱发光层中的InGaN层中In的浓度比浅量子阱层中 InGaN层中In的浓度高，使得量子阱发光层对电子和空穴的限制作用明显大于浅量子阱层 对电子和空穴的限制作用，从而使得电子和空穴会在量子阱发光层中发生复合并产生光。 然而，InGaN层中In的浓度越高，InGaN层的生长温度越低，所形成InGaN层中晶格质量越 差、缺陷越多。因此，所形成量子阱发光层的晶格质量较差、缺陷较多，从而降低了 LED的发 光效率。同时，由于量子阱发光层与浅量子阱层和GaN垒层之间的晶格差异（即晶格失配） 较大，从而导致量子阱结构中产生较大的内应力、较大的极化效应以及严重的电子空穴波 函数空间分离现象，并进一步降低了 LED的发光效率。 特别是对于绿光LED，绿光LED中的In的浓度（22 %?35 % )比蓝光LED中In的 浓度（15 %?22% )高得多。因此，绿光LED中InGaN层的生长温度更低，所形成InGaN层 中晶格质量更差；同时绿光LED中量子阱结构中内应力更大、极化效应更大、电子空穴波函 数空间分离现象更严重，从而使得所形成绿光LED的发光效率更低。 因此，如何减少量子阱发光层中晶格缺陷，以提高量子阱发光层的晶体质量；以及 如何降低量子阱发光层和浅量子阱层、GaN垒层和η型GaN层之间由于晶格失配产生的极 化效应和电子空穴波函数空间分离现象，以提高电子和空穴的复合效率，进而提高LED的 发光效率，成为LED领域中亟需攻克的目标之一。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种LED的量子阱结构、其制作方法及包括其的LED外延片，以提 高量子阱发光层的晶体质量，并减少量子阱结构中内应力，从而提高电子和空穴的复合效 率，并提高LED的发光效率。 为了解决上述问题，本专利技术提供了一种LED的量子阱结构，该量子阱结构包括：第 一 GaN垒层，设置于LED中η型GaN层上；第一缓冲层，设置于第一 GaN垒层上，第一缓冲层 包括交替设置的第一 InGaN层和第一 GaN层；第二GaN鱼层，设置于第一缓冲层上；第二缓 冲层，设置于第二GaN垒层上，第二缓冲层包括交替设置的第二InGaN层和第二GaN层；量 子阱发光层，设置于第二缓冲层上，量子阱发光层包括交替设置的第三InGaN层和第三GaN 层，且第三InGaN层中In的浓度分别大于第二InGaN层中In的浓度和第一 InGaN层中In 的浓度。 进一步地，上述量子阱结构中，第一 InGaN层中In的浓度小于第二InGaN层中In 的浓度，第二InGaN层中In的浓度小于第三InGaN层中In的浓度。 进一步地，上述量子阱结构中，第一 InGaN层中In的浓度为1 X 1019? 3 X 1019atoms/cm3 ;第二 InGaN 层中 In 的浓度为 3. 5 X 1019 ?5 X 1019atoms/cm3 ;第三 InGaN 层中 In 的浓度为 3. 5 X 102CI ?5 X 102Clatoms/cm3。 进一步地，上述量子阱结构中，第一缓冲层包括3?5组交替设置的第二InGaN层 和第二GaN层；第二缓冲层包括6?9组交替设置的第二InGaN层和第二GaN层；量子阱发 光层包括6?9组交替设置的第三InGaN层和第三GaN层。 进一步地，上述量子阱结构中，第一缓冲层中各第一 InGaN层的厚度为2. 5?5nm， 各第一 GaN层的厚度为30?40nm ;第二缓冲层中各第二InGaN层的厚度为2. 5?3nm，各 第二GaN层的厚度为9?13nm ;量子阱发光层中各第三InGaN层的厚度为2. 5?3nm，各第 三GaN层厚度为9?13nm。 进一步地，上述量子阱结构中，第一 GaN垒层的厚度为50?80nm ;第二GaN垒层 的厚度为30?60nm。 进一步地，上述量子阱结构中，LED为绿光LED。 本专利技术还提供了一种LED的量子阱结构的制作方法，该制作方法包括：在LED中η 型GaN层上形成第一 GaN垒层；在第一 GaN垒层上形成第一缓冲层，第一缓冲层包括交替形 成的第一 InGaN层和第一 GaN层；在第一缓冲层上形成第二GaN鱼层；在第二GaN鱼层上形 成第二缓冲层，第二缓冲层包括交替形成的第二InGaN层和第二GaN层；在第二缓冲层上形 成量子阱发光层，量子阱发光层包括交替形成的第三InGaN层和第三GaN层，且第三InGaN 层中In的浓度分别大于第二InGaN层中In的浓度和第一 InGaN层中In的浓度。 进一步地，上述制作方法中，在温度为850?900°C、压力为100?300torr的条件 下生长第一 GaN垒层；在保持温度和压力不变的条件下交替生长第一 InGaN层和第一 GaN 层；在保持温度和压力不变的条件下生长第二GaN垒层；在保持压力不变、温度为790? 805°C的条件下生长第二InGaN层，并在保持压力不变、温度为850?870°C的条件下生长第 二GaN层；在保持压力不变、温度为750?760°C的条件下生长第三InGaN层，并在保持压 力不变、温度为850?870°C的条件下生长第三GaN层。 进一步地，上述制作方法中，在形成第一缓冲层的步骤中，交替形成3?5组第一 InGaN层和第一 GaN层，其中第一 InGaN层中In的浓度为1 X 1019?3 X 1019atoms/cm3 ;在 形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED的量子阱结构，其特征在于，所述量子阱结构包括：第一GaN垒层(10)，设置于所述LED中n型GaN层上；第一缓冲层(20)，设置于所述第一GaN垒层(10)上，所述第一缓冲层(20)包括交替设置的第一InGaN层(21)和第一GaN层(23)；第二GaN垒层(30)，设置于所述第一缓冲层(20)上；第二缓冲层(40)，设置于所述第二GaN垒层(30)上，所述第二缓冲层(40)包括交替设置的第二InGaN层(41)和第二GaN层(43)；量子阱发光层(50)，设置于所述第二缓冲层(40)上，所述量子阱发光层(50)包括交替设置的第三InGaN层(51)和第三GaN层(53)，且所述第三InGaN层(51)中In的浓度分别大于所述第二InGaN层(41)中In的浓度和所述第一InGaN层(21)中In的浓度。

【技术特征摘要】
1. 一种LED的量子阱结构，其特征在于，所述量子阱结构包括： 第一 GaN垒层（10)，设置于所述LED中η型GaN层上； 第一缓冲层（20)，设置于所述第一 GaN垒层（10)上，所述第一缓冲层（20)包括交替设 置的第一 InGaN层（21)和第一 GaN层（23); 第二GaN垒层（30)，设置于所述第一缓冲层（20)上； 第二缓冲层（40)，设置于所述第二GaN垒层（30)上，所述第二缓冲层（40)包括交替设 置的第二InGaN层（41)和第二GaN层（43); 量子阱发光层（50)，设置于所述第二缓冲层（40)上，所述量子阱发光层（50)包括交替 设置的第三InGaN层（51)和第三GaN层（53)，且所述第三InGaN层（51)中In的浓度分别 大于所述第二InGaN层（41)中In的浓度和所述第一 InGaN层（21)中In的浓度。2. 根据权利要求1所述的量子阱结构，其特征在于，所述第一 InGaN层（21)中In的浓 度小于所述第二InGaN层（41)中In的浓度，所述第二InGaN层（41)中In的浓度小于所 述第三InGaN层（51)中In的浓度。3. 根据权利要求2所述的量子阱结构，其特征在于， 所述第一 InGaN 层（21)中 In 的浓度为 1 X 1019 ?3 X 1019atoms/cm3 ; 所述第二 InGaN 层（41)中 In 的浓度为 3· 5X 1019 ?5X 1019atoms/cm3 ; 所述第三 InGaN 层（51)中 In 的浓度为 3. 5 X 102° ?5 X 102Clatoms/cm3。4. 根据权利要求1所述的量子阱结构，其特征在于， 所述第一缓冲层（20)包括3?5组交替设置的所述第二InGaN层（41)和所述第二 GaN 层（43); 所述第二缓冲层（40)包括6?9组交替设置的所述第二InGaN层（41)和所述第二 GaN 层（43); 所述量子阱发光层（50)包括6?9组交替设置的所述第三InGaN层（51)和所述第三 GaN 层（53)。5. 根据权利要求4所述的量子阱结构，其特征在于， 所述第一缓冲层（20)中各所述第一 InGaN层（21)的厚度为2.5?5nm，各所述第一 GaN层（23)的厚度为30?40nm ; 所述第二缓冲层（40)中各所述第二InGaN层（41)的厚度为2. 5?3nm，各所述第二 GaN层（43)的厚度为9?13nm ; 所述量子阱发光层（50)中各所述第三InGaN层（51)的厚度为2.5?3nm，各所述第三 GaN层（53)厚度为9?13nm。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的量子阱结构，其特征在于， 所述第一 GaN鱼层（10)的厚度为50?80nm ; 所述第二GaN鱼层（30)的厚度为30?60nm。7. 根据权利要求6所述的量子阱结构，其特征在于，所述LED为绿光LED。8. -种LED的量子阱结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：在所述LED中 η型GaN层上形成第一 GaN鱼层（10); 在所述第一 GaN垒层（10)上形成第一缓冲层（20)，所述第一缓冲层（20)包括交替形 成的第一 InGaN层（21)和第一 GaN层（23); 在所述第一缓冲层（20)上形成第二GaN垒层（30...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘为刚，曾莹，徐迪，苗振林，
申请(专利权)人：湘能华磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43