具有非对称超晶格层的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具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构及其制备方法，GaN基LED外延结构从下向上依次包括：衬底；氮化物缓冲层； N型GaN层；量子阱层；非对称超晶格层；P型GaN层。其中，非对称超晶格层为若干依次层叠的AlxInyGa(1-x-y)N/GaN超晶格层，不同周期中AlxInyGa(1-x-y)N层和GaN层的总厚度不变，AlxInyGa(1-x-y)N层的厚度随着周期数逐渐减小， GaN层的厚度随着周期数逐渐增大。本发明专利技术中非对称超晶格层减少了对空穴纵向迁移的限制，提高了空穴的注入效率，且厚度递变的AlxInyGa(1-x-y)N层还可以阶梯状地逐步帮助空穴横向扩展，提升LED器件的整体发光效率。

【技术实现步骤摘要】
具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构及其制备方法
本专利技术涉及半导体发光器件
，尤其涉及一种具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构及其制备方法。
技术介绍
发光二极管（Light-EmittingDiode，LED）是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。尽管高亮度LED芯片已经大规模商业化，其市场占有率也逐年增加。然而，其发光效率会随着注入电流增加显著下降（即droop效应），其物理机制较多，但漏电流效应是其中的一个重要部分。在InGaN/GaNLED中，由于Mg的活化效率低，且空穴有效质量大导致空穴的纵向迁移速度慢，而电子的纵向迁移速度快，很容易越过势垒从InGaN/GaN的有源层逃逸到p型区，形成漏电流。采用AlGaN/GaN超晶格结构，由于AlGaN的带隙高，可有效抑制电子的溢流。然而，其对空穴的活化以及横向扩展能力有阻碍，不利于提升LED的整体发光效率。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下：一种具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构，所述GaN基LED外延结构从下向上依次包括：衬底；位于衬底上的氮化物缓冲层；位于氮化物缓冲层上的N型GaN层；位于N型GaN层上的量子阱层；位于量子阱层上的非对称超晶格层，所述非对称超晶格层为若干依次层叠的AlxInyGa(1-x-y)N/GaN超晶格层，一个AlxInyGa(1-x-y)N层和一个GaN层作为一个周期，不同周期中AlxInyGa(1-x-y)N层和GaN层的总厚度不变，AlxInyGa(1-x-y)N层的厚度随着周期数逐渐减小，GaN层的厚度随着周期数逐渐增大；位于非对称超晶格层上的P型GaN层。作为本专利技术的进一步改进，所述非对称超晶格层包括3~30个周期。作为本专利技术的进一步改进，所述非对称超晶格层中所有AlxInyGa(1-x-y)N层的Al组分x和In组分y是固定值，且x、y满足0≤x≤1，0≤y≤1，0≤(x+y)≤1。作为本专利技术的进一步改进，所述AlxInyGa(1-x-y)N层的厚度范围为0.5~19.5nm，GaN层的厚度范围为0.5~19.5nm，一个周期中AlxInyGa(1-x-y)N层和GaN层的两层厚度之和为1~20nm。作为本专利技术的进一步改进，所述非对称超晶格层中，不同周期中AlxInyGa(1-x-y)N层的厚度随着周期数线性减小，不同周期中GaN层的厚度随着周期数线性增大。作为本专利技术的进一步改进，所述非对称超晶格层中的AlxInyGa(1-x-y)N层和/或GaN层为p型掺杂。作为本专利技术的进一步改进，所述非对称超晶格层中的AlxInyGa(1-x-y)N层和GaN层均为p型掺杂，掺杂浓度为1E18atom/cm3~1E21atom/cm3。作为本专利技术的进一步改进，所述氮化物缓冲层为GaN缓冲层或AlN缓冲层。相应地，一种具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构的制备方法，所述方法包括：提供一衬底；在衬底上生长氮化物缓冲层；在氮化物缓冲层上生长N型GaN层；在N型GaN层上生长量子阱层；在量子阱层上生长非对称超晶格层，所述非对称超晶格层为若干依次层叠的AlxInyGa(1-x-y)N/GaN超晶格层，一个AlxInyGa(1-x-y)N层和一个GaN层作为一个周期，不同周期中AlxInyGa(1-x-y)N层和GaN层的总厚度不变，AlxInyGa(1-x-y)N层的厚度随着周期数逐渐减小，GaN层的厚度随着周期数逐渐增大；在非对称超晶格层上生长P型GaN层。作为本专利技术的进一步改进，所述非对称超晶格层的生长温度为600℃~1000℃，生长压力为50~900mbar。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用非对称的AlxInyGa(1-x-y)N/GaN超晶格层p型结构，可以有效阻挡电子向p型区溢流，减少了电子与空穴产生非辐射复合，减轻了在高电流密度下的发光效率下降的问题，同时减少对空穴纵向迁移的限制，提高了空穴的注入效率，厚度递变的AlxInyGa(1-x-y)N层还可以阶梯状地逐步帮助空穴横向扩展，提升LED器件的整体发光效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术GaN基LED外延结构的示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。参图1所示，本专利技术公开了一种具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构，从下向上依次包括：衬底10，衬底材料通常为蓝宝石衬底，也可以为其他衬底材料，如Si、SiC等；位于衬底10上的氮化物缓冲层20，其中氮化物缓冲层为GaN缓冲层或AlN缓冲层。优选地，GaN缓冲层还可以包括低温条件下生长的低温GaN缓冲层和高温条件下生长的高温GaN缓冲层；位于氮化物缓冲层20上的N型GaN层30；位于N型GaN层30上的量子阱层40；位于量子阱层40上的非对称超晶格层50；位于非对称超晶格层50上的P型GaN层60。其中，非对称超晶格层为若干依次层叠的AlxInyGa(1-x-y)N/GaN超晶格层，一个AlxInyGa(1-x-y)N层51和一个GaN层52作为一个周期，优选地，本专利技术中超晶格层包括3~30个周期。不同周期中AlxInyGa(1-x-y)N层51和GaN层52的总厚度不变，AlxInyGa(1-x-y)N层51的厚度随着周期数逐渐减小，GaN层52的厚度随着周期数逐渐增大。如AlxInyGa(1-x-y)N层的厚度范围为0.5~19.5nm，GaN层的厚度范围为0.5~19.5nm，一个周期中AlxInyGa(1-x-y)N层和GaN层的两层厚度之和为1~20nm。优选地，AlxInyGa(1-x-y)N层的厚度随着周期数线性减小，GaN层的厚度随着周期数线性增大，当然，AlxInyGa(1-x-y)N层和GaN层也可以随着周期数非线性减小或增大。进一步地，本专利技术非对称超晶格层50中所有AlxInyGa(1-x-y)N层51的Al组分x和In组分y是固定值，且x、y满足0≤x≤1，0≤y≤1，0≤(x+y)≤1。控制x、y的取值，化合物AlxInyGa(1-x-y)N可以为AlInGaN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述GaN基LED外延结构从下向上依次包括：衬底；位于衬底上的氮化物缓冲层；位于氮化物缓冲层上的N型GaN层；位于N型GaN层上的量子阱层；位于量子阱层上的非对称超晶格层，所述非对称超晶格层为若干依次层叠的AlxInyGa(1‑x‑y)N/GaN超晶格层，一个AlxInyGa(1‑x‑y)N层和一个GaN层作为一个周期，不同周期中AlxInyGa(1‑x‑y)N层和GaN层的总厚度不变，AlxInyGa(1‑x‑y)N层的厚度随着周期数逐渐减小，GaN层的厚度随着周期数逐渐增大；位于非对称超晶格层上的P型GaN层。

【技术特征摘要】
1.一种具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述GaN基LED外延结构从下向上依次包括：衬底；位于衬底上的氮化物缓冲层；位于氮化物缓冲层上的N型GaN层；位于N型GaN层上的量子阱层；位于量子阱层上的非对称超晶格层，所述非对称超晶格层为若干依次层叠的AlxInyGa(1-x-y)N/GaN超晶格层，一个AlxInyGa(1-x-y)N层和一个GaN层作为一个周期，不同周期中AlxInyGa(1-x-y)N层和GaN层的总厚度不变，AlxInyGa(1-x-y)N层的厚度随着周期数逐渐减小，GaN层的厚度随着周期数逐渐增大；位于非对称超晶格层上的P型GaN层。2.根据权利要求1所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述非对称超晶格层包括3~30个周期。3.根据权利要求1所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述非对称超晶格层中所有AlxInyGa(1-x-y)N层的Al组分x和In组分y是固定值，且x、y满足0≤x≤1，0≤y≤1，0≤(x+y)≤1。4.根据权利要求1所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述AlxInyGa(1-x-y)N层的厚度范围为0.5~19.5nm，GaN层的厚度范围为0.5~19.5nm，一个周期中AlxInyGa(1-x-y)N层和GaN层的两层厚度之和为1~20nm。5.根据权利要求1所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述非对称超晶格层中，不同周期中AlxI...

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