一种具有组合势垒多量子阱的LED外延结构及其制备方法，该LED外延结构的有源层为组合势垒多量子阱结构，由InGaN势阱层、InAlGaN势垒层、GaN势垒层和InAlGaN势垒层周期性叠加构成。其制备方法包括以下步骤：(1)氮化处理蓝宝石衬底；(2)在蓝宝石衬底上依次生长GaN缓冲层、非掺杂GaN层、n型AlGaN层和n型GaN层；(3)在n型GaN层上生长组合势垒多量子阱结构：(A)生长InxGa1-xN势阱层；(B)生长InaAlbGa1-a-bN层、GaN势垒层和InaAlbGa1-a-bN层；步骤(A)和步骤(B)的循环周期数为5-20，步骤(B)单循环或多循环；(4)在组合势垒多量子阱层上依次生长P型层。本发明专利技术从本质上提高晶体质量和内量子效率，提高器件性能，提高出光效率10％左右。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种能够提高出光效率的具有组合势皇多量子阱的高亮度基LED外延结构及其制备方法，属于LED外延设计
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。通常，LED包含N型衬底、形成于该衬底上的N型外延区以及形成于N型外延区上的量子阱区、P型外延区。由于GaN在高温生长时氮的离解压很高，很难得到大尺寸的GaN体单晶材料，目前大部分GaN外延器件还只能在其他衬底上(如蓝宝石衬底)进行异质外延生长。量子阱区是制造GaN基LED器件必不可少的重要环节，LED外延片要提高发光效率，最根本的办法就是要增强外延结构的内量子效率。目前国内MOCVD生长GaN基LED外延片的内量子效率只能达到30%左右，还有较大的发展提高空间，而有源层MQW的生长对内量子效应的提高尤为重要。业内目前一般采用GaN/InGaN材料交替生长有源层。在注入电流后，N型GaN层中的电子因为其高迀移率，会很容易穿过发光层(有源层量子阱)，迀移至有源层之上的P型GaN层中，与空穴形成无效辐射复合，这样无形之中降低了内量子效率，并且由于GaN基材料固有的极化效应，产生的极化电场导致多量子阱中产生弯曲，导致在P型一侧较低，N型一侧抬高，从而多量子阱的边带由长方形变成了三角形，导带的基带能量降低，价带的基带能量升高，使两者之间的间隙宽度变窄，导致发光波长红移，从而进一步影响了发光效率。因此，有必要提供一种GaN基LED外延片的新有源层制作方法，以进一步提高内量子效率。对于提高内量子效应，国内外有一些专利文献。中国专利文献CN104157746A公开的《新型量子阱势皇层的LED外延生长方法及外延层》，是在传统的有源层GaN势皇层中插入生长一个AlGaN薄层。但是该方法较高的势皇不仅限制了电子的注入，同时限制了空穴的注入。CN104201262A公开的《一种InGaN/AlGaN-GaN基多量子阱结构及其制备方法》，以固定In组分的InGaN作为阱层，采用不同的AlGaN-GaN作为皇层，包含Al组分固定的AlGaN皇层、Al组分沿生长方向连续减少的AlGaN皇层和GaN皇层，缓解减小皇和阱界面处的应力，缓解能带的弯曲，但是效果不明显。
技术实现思路
本专利技术针对现有多量子阱内量子效率低、应力大的问题，提供一种具有组合势皇多量子阱的LED外延结构，该结构能够有效降低阱皇界面间的应力，缓解能带的弯曲，提高空穴和电子注入有源区效率和辐射复合效率。同时提供一种该结构的制备方法。本专利技术的具有组合势皇多量子阱的LED外延结构，采用以下技术方案:该LED外延结构，自下而上依次设置有衬底层、GaN缓冲层、非掺杂GaN层、η型AlGaN层、η型GaN层、有源层、P型AlGaN层、P型GaN层和P型InGaN欧姆接触层，有源层为组合势皇多量子阱结构，该组合势皇多量子阱结构是由InGaN势阱层、InAlGaN势皇层、GaN势皇层和InAlGaN势皇层周期性叠加构成。所述衬底为蓝宝石。所述GaN缓冲层的厚度为20_40nm。所述非掺杂GaN层的厚度为2-3 μ m。所述η型AlGaN层的厚度30_60nm。所述η型GaN层的厚度2-3 μ m。所述P型AlGaN层的厚度为50-100nm。所述P型层的厚度为150-300nm。所述P型InGaN欧姆接触层的厚度为2_10nm。所述组合势皇多量子阱结构中InGaN势阱层的厚度为2_4nm，InAlGaN势皇层厚度为10-20nm，GaN势皇层厚度为10_20nm，InAlGaN势皇层厚度为10_20nm。所述组合势皇多量子阱结构中势阱层和势皇层的叠加周期为5-20个。所述组合势皇多量子阱结构中的三个势皇层为单循环或多循环，多循环周期为3-5个。单循环是指每个组合势皇多量子阱周期中InAlGaN势皇层、GaN势皇层和InAlGaN势皇层都只有一个；多循环是指每个组合势皇多量子阱周期中的InAlGaN势皇层、GaN势皇层和InAlGaN势皇层有3_5个周期。上述具有组合势皇多量子阱的LED外延结构的制备方法，包括以下步骤:(I)将蓝宝石衬底放入金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备的反应室中，在氢气气氛下加热到1000-1350°C，压力200mbar，处理5-10分钟；升压至600mbar，温度为650 0C，通入氨气，氮化处理2-3分钟；(2)在氮化处理的蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层；(3)在GaN缓冲层上生长非掺杂GaN层；生长温度为1100°C，生长压力600mbar，生长厚度为2-3 μ m，生长速率2-2.5 μ m/ho(4)在非掺杂GaN层上生长η型AlGaN层；娃渗杂浓度为5E18_lE19atom/cm3，Al 渗杂浓度 5E19-lE20atom/cm3，厚度为30_60歷，生长温度约为1000°C，压力I33Hibar0(5)在η型AlGaN层上生长η型GaN层；硅掺杂浓度为8E19-1.3E19atom/cm3，厚度为2-3 μ m，生长温度为1080 °C，生长压力 600mbaro(6)在η型GaN层上生长组合势皇多量子阱结构(InGaN势阱层、InAlGaN势皇层、GaN势皇层和InAlGaN势皇层)，具体过程如下所述:(A)在气氛为氮气的反应室内，在生长温度为730-760°C、压力为200_400mbar的环境下，通入三乙基镓和三甲基铟按1:2摩尔比的混合物或通入三甲基镓和三甲基铟按1:2摩尔比的混合物，持续生长厚度为2-4nm的InxGa1 xN势阱层，其中O < x < 1，In掺杂浓度为 2E20-4E20atom/cm3;(B)停止生长InxGa1 XN势阱层后，温度升高至880-920°C，生长InaAlbGa1 a bN层，其中0<&<0.3，0<13<0.7，生长厚度 10-20nm，Al 掺杂浓度 5E19_lE20atom/cm3，In掺杂浓度2E19-4E19atom/cm3，娃掺杂浓度为lE17-lE18atom/cm3;连续生长GaN势皇层，生长厚度10_20nm，硅掺杂浓度为lE17-lE18atom/cm3;再连续生长In JlbGa1 a bN层，其中O<a < 0.3，0 < b < 0.7，生长厚度 10_20nm，Al 掺杂浓度 5E19-lE20atom/cm3，In 掺杂浓度 2E19_4E19atom/cm3，娃惨杂浓度为 lE17_lE18a本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有组合势垒多量子阱的LED外延结构，自下而上依次设置有衬底层、GaN缓冲层、非掺杂GaN层、n型AlGaN层、n型GaN层、有源层、P型AlGaN层、P型GaN层和P型InGaN欧姆接触层，其特征是，有源层为组合势垒多量子阱结构，该组合势垒多量子阱结构是由InGaN势阱层、InAlGaN势垒层、GaN势垒层和InAlGaN势垒层周期性叠加构成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张义，曲爽，逯瑶，王成新，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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