一种LED外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种LED外延结构,所述LED外延结构包括：衬底；位于所述衬底上的半导体外延层，包括N型半导体层、发光层及P型半导体层；所述发光层及N型半导体之间还设置有用以减少电子逃逸的电子减速层，所述电子减速层包括n层厚度为1至20nm的AlInGaN层堆叠而成。通过在发光层及N型半导体之间设置有用以减少电子逃逸的电子减速层，并且所述电子减速层由n层厚度为1至20nm的AlInGaN层堆叠而成，可有效降低电子的速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供了一种LED外延结构及其制备方法。
技术介绍
发光二极管(Light-Emitting Diode，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。紫外发光二极管(UV Light Emitting Diode，UV-LED)是一种能够直接将电能转化为紫外光线的固态的半导体器件。随着技术的发展,紫外发光二极管在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、计算机数据存储和军事等方面有着广阔的市场应用前景。除此之外，紫外LED也越来越受到照明市场的关注。因为通过紫外LED激发三基色荧光粉，可获得普通照明的白光。目前市售的白光LED大多是通过蓝色LED激发黄光的荧光粉获得，其中红色光成份较弱。近紫外LED指的是发光波长位于355至405nm波段范围的LED。目前在LED的研究和生产中用到最多也是最有潜力的材料GaN的禁带宽度为3.4eV，对应的发光波长为365nm。InGaN LED采用不同的In组分可以获得365至405nm的近紫外光。然而，在高电流驱动下，InGaN LED发光效率会明显下降。这种由于芯片电流密度增加导致光效快速降低的现象被称为droop效应。尽管droop产生的机理有很多种，最近大量的实验证实载流子泄漏
(Carrier leakage)是最主要的原因之一。尤其在大功率的器件中，解决载流子泄漏就显得更为重要。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题，其目的在于提供一种可以减少电子逃逸的LED外延结构及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术提供了一种LED外延结构,所述LED外延结构包括：衬底；位于所述衬底上的半导体外延层，包括N型半导体层、发光层及P型半导体层；所述发光层及N型半导体之间还设置有用以减少电子逃逸的电子减速层，所述电子减速层由n层厚度为1至20nm的AlInGaN层堆叠而成。作为本专利技术的进一步改进，其中2≤n≤10。作为本专利技术的进一步改进，所述电子减速层第一层为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，第二层为Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，......，第n层为AlxnInynGa1-xn-ynN，其中，0.4≥x1≥x2≥...≥xn≥0，0≤y1≤y2≤...≤yn≤0.2。作为本专利技术的进一步改进，所述N型半导体层的掺杂浓度为5E18至2E19(cm-3)；所述P型半导体层的掺杂浓度为1E18至1E20(cm-3)，并且载流子浓度为5E16至2E17(cm-3)。作为本专利技术的进一步改进，所述半导体外延层还包括设置于衬底上的缓冲层，设置于缓冲层及N型半导体层之间的uGaN层，设置于发光层及p型半导体层之间的电子阻挡层。作为本专利技术的进一步改进，所述电子阻挡层的掺杂浓度为1E18至1E20(cm-3)，载流子浓度为5E16至2E17(cm-3)。为实现上述目的，本专利技术提供了一种LED外延结构的制备方法：S1：将衬底放置在MOCVD反应室中的载盘上，在1080至1100℃下高温处理5-10分钟；S2：在1040至1070℃，100至200Torr的环境下，在衬底上生长2至4um的N型半导体层，掺杂浓度为5E18至2E19(cm-3)；S3：在750至900℃、200至
300Torr条件下，在N型半导体层上制作电子减速层，即生长n层厚度为1至20nm的AlInGaN层，其中2≤n≤10。第一层为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，第二层为Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，......，第n层为AlxnInynGa1-xn-ynN。其中，0.4≥x1≥x2≥...≥xn≥0，0≤y1≤y2≤...≤yn≤0.2；S4：在750至900℃、200至300Torr条件下，在电子减速层上生长6至12nm的低温AlGaN量子垒层和2至4nm的低温InGaN量子阱层，其中，低温AlGaN量子垒层中的Al组分为0.05至0.25，重复生长6至10个周期，调节低温InGaN量子阱层中的In组分，形成发光波长为365至405nm的低温InGaN/AlGaN紫外发光层；S5：在800至1000℃，100至400Torr，在发光层上生长30至50nm的p型半导体层。作为本专利技术的进一步改进，所述制备方法还包括：在500-550℃，200-500Torr，在衬底上生长10-30nm的GaN层或者AlGaN层作为缓冲层；和/或在1040-1100℃，100-300Torr，在缓冲层上生长2-4um的uGaN层；和/或在800-1000℃，100-400Torr，在发光层上生长30-60nm的电子阻挡层。作为本专利技术的进一步改进，上述S3步骤中，n为3，则第一层为5nm的Al0.3In0.01Ga0.69N，第二层为5nm的Al0.2In0.05Ga0.75N，第三层为5nm的Al0.1In0.1Ga0.8N。作为本专利技术的进一步改进，上述S3步骤中，n为4，则第一层为厚度3nm的Al0.3In0.01Ga0.69N，第二层为厚度5nm的Al0.2In0.05Ga0.75N，第三层为厚度为7nm的Al0.1In0.1Ga0.8N，第四层为厚度9nm的Al0.05In0.12Ga0.83N。本专利技术的有益效果：发光层及N型半导体之间还设置有用以减少电子逃逸的电子减速层，并且所述电子减速层由n层厚度为1至20nm的AlInGaN层堆叠而成，可有效降低电子的速度。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。如图1为本专利技术一实施例中LED芯片的结构示意图。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。为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在......之上”、“在......上方”、“在......上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在......上方”可以包括“在......上方”和“在......下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED外延结构,其特征在于：所述LED外延结构包括：衬底；位于所述衬底上的半导体外延层，包括N型半导体层、发光层及P型半导体层；所述发光层及N型半导体之间还设置有用以减少电子逃逸的电子减速层，所述电子减速层由n层厚度为1至20nm的AlInGaN层堆叠而成。

【技术特征摘要】
1.一种LED外延结构,其特征在于：所述LED外延结构包括：衬底；位于所述衬底上的半导体外延层，包括N型半导体层、发光层及P型半导体层；所述发光层及N型半导体之间还设置有用以减少电子逃逸的电子减速层，所述电子减速层由n层厚度为1至20nm的AlInGaN层堆叠而成。2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于：其中2≤n≤10。3.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于：所述电子减速层第一层为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，第二层为Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，……，第n层为AlxnInynGa1-xn-ynN，其中，0.4≥x1≥x2≥…≥xn≥0，0≤y1≤y2≤…≤yn≤0.2。4.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于：所述N型半导体层的掺杂浓度为5E18至2E19(cm-3)；所述P型半导体层的掺杂浓度为1E18至1E20(cm-3)，并且载流子浓度为5E16至2E17(cm-3)。5.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于：所述半导体外延层还包括设置于衬底上的缓冲层，设置于缓冲层及N型半导体层之间的uGaN层，设置于发光层及p型半导体层之间的电子阻挡层。6.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于：所述电子阻挡层的掺杂浓度为1E18至1E20(cm-3)，载流子浓度为5E16至2E17(cm-3)。7.一种LED外延结构的制备方法：S1：将衬底放置在MOCVD反应室中的载盘上，在1080至1100℃下高温处理5-10分钟；S2：在1040至1070℃，100至200Torr的环境下，在衬底上生长2至4um的N型半导体层，掺杂浓度为5E18至2E19(cm-3)；S3：在750至900℃、200至300Torr条件下，在N型半导体层上制作电子减速层，即生长n层厚度为1至20nm的AlInGaN层，其中2≤n≤10。第一层为Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯猛，陈立人，刘恒山，
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