一种Al组分渐变式N型LED结构及其制备方法，其结构由下至上依次包括衬底、成核层、缓冲层、N型AlYInXGa1‐X‐YN层、多量子阱发光层和P型GaN层，N型AlYInXGa1‐X‐YN层中，0≤X≤1，0<Y<1；N型GaN层中的Al组分是渐变的；其制备方法包括以下步骤：(1)在处理过的衬底上生长成核层；(2)在成核层上生长非掺杂氮化镓缓冲层，(3)在缓冲层上生长N型AlYInXGa1‐X‐YN层；(4)在N型AlYInXGa1‐X‐YN层上生长由InGaN势阱层和GaN势垒层周期性交替叠加构成多量子阱发光层；(5)在多量子阱发光层上生长P型GaN层。本发明专利技术采用Al组分渐变的模式来制备N型区，提升了电子浓度和抗静电能力，从本质上改善GaN薄膜质量，使电流扩展能力增强，提高了光提取效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种Al组分渐变的N型LED (发光二极管)的结构及制备方法，属于LED (发光二极管)结构
技术介绍
二十世纪九十年代初，以氮化物为代表的第三代宽带隙半导体材料获得了历史性突破，科研人员在氮化镓材料上成功地制备出蓝绿光和紫外光LED，使得LED照明成为可能。1971年，第一只氮化镓LED管芯面世，1994年，氮化镓HEMT出现了高电子迀移率的蓝光GaN基二极管，氮化镓半导体材料发展十分迅速。半导体发光二极管具有体积小、坚固耐用、发光波段可控性强、光效高、低热损耗、光衰小、节能、环保等优点，在全色显示、背光源、信号灯、光电计算机互联、短距离通信等领域有着广泛的应用，逐渐成为目前电子电力学领域研究的热点。氮化镓材料具有宽带隙、高电子迀移率、高热导率、高稳定性等一系列优点，因此在短波长发光器件、光探测器件以及大功率器件方面有着广泛的应用和巨大的市场前景。提高光电转换效率主要依靠提高内量子效率和外量子效率，目前内量子效率的提高已经接近理论的极限状态，而提升LED组建的光取出效率成为重要的课题。要求设计新的芯片结构来改善出光效率，进而提升发光效率(或外量子效率)，目前国内外采用的主要工艺途径有:倒装技术、生长DBR反射层结构以及表面粗化技术、侧壁腐蚀技术和衬底图形化技术。η型区是制造GaN LED器件必不可少的重要环节，nGaN结构及其外延生长方法是提高GaN基LED光取出效率和降低串联电阻的关键。中国专利文献CN102418146A公开的《一种有效提高GaN基LED发光效率的外延生长方法》，该方法是在传统的GaN基LED结构:衬底上的缓冲层、uGaN层、nGaN, η型电流扩展层、η型空间层、量子阱有源区、P型电子阻挡层、P型GaN、接触层的基础上，在η型电流扩散层和η型空间层之间加入一步表面处理的程序，将从衬底和GaN界面延伸至电流扩散层的缺陷以及应力进行破坏和释放，之后再通过生长条件的控制将材料的表面恢复平整，然后再生长量子阱有源区。与传统的生长技术相比，这样生长的量子阱受缺陷和应力的影响较小，能有效的提高样品的发光强度。但是该方法仅适用于蓝绿光波段的GaN基LED的外延生长。CN201749864U公开的《一种具有较高静电击穿电压的GaN基LED》，其结构自下至上依次包括SiC或Si衬底、AlN缓冲层、N型GaN层、MQW层和P型GaN层，N型GaN层中设有一层厚度为20nm-100nm的AlGaN插入层。该LED是通过改变衬底材料和LED的生长结构，在SiC、Si衬底上直接在生长N型GaN层时插入一层AlGaN，从根本上增强发光二极管芯片的抗击穿电压，由于nGaN层本身较厚，插入AlGaN层时只需要引入TMA1，生长非常容易实现，反向抗静电能力由普通结构的500V-1000V提高到了 2000V-4000V，反向击穿电压由原来的15V提高到30V，亮度由50-80mcd提高到了 80_100mcd。但是上述技术中，对于η型结构的处理，较难保证晶体的生长质量，后期芯片工艺容易产生裂片现象。CN102969341A公开的《组分渐变AlyGalyN缓冲层的氮化物高电子迀移率晶体管外延结构》，采用组分渐变AlyGa1 yN缓冲层，依然能够与GaN沟道层形成导带带阶，增强2DEG限域性，提高器件的微波性能和功率特性AlyGa1 yN缓冲层采用组分由O渐变到y的结构，可以提高缓冲层热导率，有效降低AlGaN缓冲层HEMT器件的自热效应；相比常规的组分恒定AlyGa1 yN缓冲层，采用这种组分渐变AlyGa1 yN作缓冲层，能有效减低缓冲层中的位错等缺陷密度，有助于进一步提升器件的性能及可靠性。上述结构采用Al组分渐变的模式来制备缓冲层，其主要目的是减低缓冲层中的位错密度。CN101866977A公开的《基于组分渐变缓冲层的透射式GaN紫外光电阴极》，该阴极自下而上由双抛光的c面蓝宝石衬底、AlxGa1 XN组分渐变缓冲层、P型GaN发射层以及Cs或Cs/0激活层组成！AlxGa1 XN组分渐变缓冲层由η个单元层组成，3 ^ n ^ 10 ；η个单元层由下向上各层中Al组分满足:1 ^ xl>x2>……xn ^ O。该专利技术采用一种Al组分含量从I到O逐渐降低的AlxGa1 ΧΝ来设计和制备透射式GaN紫外光电阴极的缓冲层，利用这种组分渐变模式降低缓冲材料与发射材料之间的生长界面应力，提高透射式GaN紫外光电阴极的界面特性，降低光电子的界面复合速率，最终提高GaN紫外光电阴极的光电发射量子效率。该GaN紫外光电阴极采用Al组分渐变的模式来制备缓冲层，其主要目的是提高透射式GaN紫外光电阴极的界面特性。CN102820394B公开的《一种采用铝组分渐变电子阻挡层的LED结构》，所述铝组分渐变电子阻挡层是与多量子阱层的外层GaN皇接触一侧为低Al组分AlxGa1 ΧΝ，O彡X彡0.1，与P-GaN层接触一侧为高Al组分AlyGa1 yN，0.1 < y彡0.4，中间部分Al组分的量呈递增线性变化。电子阻挡层与GaN皇接触一侧为低Al组分AlGaN，有效地减小了其与GaN皇界面间极化电荷的密度，极化场被减弱，从而使得界面二维电子气浓度大幅降低，减小了漏电流，总体上提高器件的内量子效率并解决了量子效率衰减问题。该结构采用Al组分渐变的模式来制备电子阻挡层，其主要目的是减弱极化场，从而降低界面二维电子气浓度，提升器件的内量子效率。现有铝组分渐变通常是应用在制备缓冲层，而在制备N型区方面却没有应用。
技术实现思路
针对现有LED结构存在的不足，本专利技术提供一种晶格失配小、接触电阻低、能够提高N型GaN结构电子浓度以及提升外量子效率和抗静电能力的Al组分渐变式N型LED结构，同时提供一种该结构的制备方法。本专利技术Al组分渐变式N型LED结构，采用以下技术方案:该Al组分渐变式N型LED结构，由下至上依次包括衬底、成核层、缓冲层、N型AlJnxGa1 _x _YN层、多量子阱发光层和P型GaN层，所述N型AlJnxGa1 _x _YN层中，O彡X彡I，0〈Y〈1 #型GaN层中的Al组分是渐变的，N型GaN层与缓冲层接触一侧为低Al组分AlyInxGa1 _Χ_ΥΝ，N型GaN层与多量子阱发光层接触一侧为高Al组分AlyInxGa1 _χ_具或者是，N型GaN层与缓冲层接触一侧为高Al组分AlyInxGa1 _Χ_ΥΝ，N型GaN层与多量子阱发光层接触一侧为低Al组分AlyInxGa1 _X_YN HgAl组分AlyInxGa1 _Χ_ΥΝ中的Y值小于高Al组分AlyInxGa1 _Χ_ΥΝ 中的 Y 值，低 Al 组分 AlJnxGa1 _χ_ΥΝ 至高 Al 组分 AlJnxGa1 _χ_ΥΝ 之间部分的Al组分的量呈递增线性变化。所述衬底是蓝宝石、碳化硅或氮化镓。所述成核层是氮化镓层、氮化铝层或铝镓氮层。所述缓冲层是非掺杂氮化镓。所述多量子阱发光层是由InGaN势阱层和GaN势皇层周期性交替叠加构成，总厚度为 500 - 3600nm，周期数 3-20。所述N 型 AlYInxGai _X_YN 的厚度为 0.2 - 5μπι。所述N 型 AlJnxGa1 _Χ_ΥΝ本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Al组分渐变式N型LED结构，由下至上依次包括衬底、成核层、缓冲层、N型AlYInXGa1‐X‐YN层、多量子阱发光层和P型GaN层，其特征是，所述N型AlYInXGa1‐X‐YN层中，0≤X≤1，0<Y<1；N型GaN层中的Al组分是渐变的，N型GaN层与缓冲层接触一侧为低Al组分AlYInXGa1‐X‐YN，N型GaN层与多量子阱发光层接触一侧为高Al组分AlYInXGa1‐X‐YN，或者是，N型GaN层与缓冲层接触一侧为高Al组分AlYInXGa1‐X‐YN，N型GaN层与多量子阱发光层接触一侧为低Al组分AlYInXGa1‐X‐YN；低Al组分AlYInXGa1‐X‐YN中的Y值小于高Al组分AlYInXGa1‐X‐YN中的Y值，低Al组分AlYInXGa1‐X‐YN至高Al组分AlYInXGa1‐X‐YN之间部分的Al组分的量呈递增线性变化。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曲爽，王成新，逯瑶，徐现刚，
申请(专利权)人：山东浪潮华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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