基于超晶格势垒量子阱结构的LED制造技术

本实用新型专利技术提供一种基于超晶格势垒量子阱结构的LED，属于半导体技术领域。包括：蓝宝石衬底；设于蓝宝石衬底上面的GaN形核层；设于GaN形核层上面的未掺杂的GaN层；设于未掺杂的GaN层上面的n型GaN层；设于n型GaN层上面的量子阱区，量子阱区从下至上包括8～15周期的第一区域和3～10周期的第二区域，第一区域包括从下至上设的3～10周期的超晶格AlxInyGa1‑x‑yN/GaN势垒层和InGaN势阱层，第二区域包括3～10周期的AlxInyGa1‑x‑yN/GaN势垒层；设于第二区域上面的p型AlGaN电子阻挡层；设于p型AlGaN电子阻挡层上面的p型GaN层；设于p型GaN层上面的电极接触层。本实用新型专利技术实施例提高了电子和空穴的注入效率和增加对电子的束缚能力，减少了电子泄漏，使电子和空穴的辐射复合效率增加。

LED Based on Superlattice Barrier Quantum Well Structure

【技术实现步骤摘要】
基于超晶格势垒量子阱结构的LED
本技术涉及半导体
，特别涉及一种基于超晶格势垒量子阱结构的LED。
技术介绍
目前，LED(LightEmittingDiode，发光二极管)已经成为节能照明的重要组成部分，在很多地方已经取代传统的白炽灯和荧光灯泡，受到各国科技人员的广泛关注。经过世界各国的努力研究，现在LED的发光效率已经显著提高。目前的LED包括蓝宝石衬底、GaN形核层、未掺杂型GaN层、n型GaN层、GaN(AlGaN)/InGaN量子阱区，p型AlGaN电子阻挡层、p型GaN层和电极接触层。这种结构的LED虽然对LED的发光效率有一定的提高，但是该种结构LED量子阱区中的高铟含量不仅会产生大量失配位错和很大的压电极化效应，也使量子势阱层和和势垒层的晶格失配度增加；同时也增加了电子泄漏率，从而提高了非辐射复合几率，因而降低了内量子效率和发光效率。提高LED内量子效率和发光效率的传统方法有掺杂GaN势垒和量子阱区势阱是超晶格结构的方法。这些方法虽然在传统量子阱结构中添加了超晶格势阱层，在一定程度上减少了晶格失配，同时也增加了量子阱中空穴的注入效率，空穴浓度增加，从而提高了内量子效率，使发光效率得到很大的改善，但是并没有减少量子阱中电子的泄漏。另外，虽然传统的AlGaN势垒可以提供更高的势垒来限制量子阱中载流子的泄漏。然而，由于AlGaN/InGaN之间的晶格失配度比GaN/InGaN的大，因此，AlGaN势垒在有源区域中会产生更强的极化效应，LED器件的量子斯塔克效应增强，波长温度性变差。
技术实现思路
为了解决目前的LED存在有源层中空穴的注入效率低和电子泄漏高的问题，本技术提供一种基于超晶格势垒量子阱结构的LED。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种基于超晶格势垒量子阱结构的LED，其包括：蓝宝石衬底；设置于蓝宝石衬底上面的GaN形核层；设置于GaN形核层上面的未掺杂的GaN层；设置于未掺杂的GaN层上面的n型GaN层；设置于n型GaN层上面的量子阱区，所述量子阱区从下至上包括8～15周期的第一区域和3～10周期的第二区域，所述第一区域包括从下至上设置的3～10周期的超晶格AlxInyGa1-x-yN/GaN势垒层和InGaN势阱层，所述第二区域包括3～10周期的AlxInyGa1-x-yN/GaN势垒层；设置于第二区域上面的p型AlGaN电子阻挡层；设置于p型AlGaN电子阻挡层上面的p型GaN层；设置于p型GaN层上面的电极接触层。可选地，所述n型GaN层为Si掺杂的n型GaN层。可选地，所述p型GaN层为Mg掺杂的p型GaN层。可选地，所述蓝宝石衬底的厚度为300～400μm；所述GaN形核层的厚度为20～30nm；所述未掺杂的GaN层的厚度为1.5～2.5μm；所述n型GaN层的厚度为1～2μm；所述p型AlGaN电子阻挡层的厚度为40～80nm；所述p型GaN层的厚度为200～300nm；所述电极接触层的厚度为50～100nm。可选地，每个周期的超晶格AlxInyGa1-x-yN/GaN势垒层中超晶格AlxInyGa1-x-yN垒层的厚度为3～10nm，超晶格GaN层的厚度为3～10nm。可选地，所述InGaN势阱层的厚度为3～10nm。上述所有可选技术方案均可任意组合，本技术不对一一组合后的结构进行详细说明。本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本技术通过设置量子阱区从下至上包括8～15周期的第一区域和3～10周期的第二区域，且第一区域包括从下至上设置的3～10周期的超晶格AlxInyGa1-x-yN/GaN势垒层和InGaN势阱层，第二区域包括3～10周期的AlxInyGa1-x-yN/GaN势垒层，不仅能减少量子阱区中由于高In含量而产生大量失配位错，而且该势垒层结构还能提高导带带阶和降低低势垒的价带带阶，从而提高了电子和空穴的注入效率和增加对电子的束缚能力，减少了电子泄漏，使电子和空穴的辐射复合效率增加，从而提高了LED的内量子效率，同时也提高了LED器件的发光效率。通过采用的AlxInyGa1-x-yN/GaN超晶格势垒层，它不仅能有效地降低有源层阱垒界面的晶格失配度，降低晶体缺陷，还能改善由于晶格失配而产生的压电极化效应，减弱了LED器件的量子斯塔克效应，改善了波长温度性。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。图1是本技术实施例提供的基于超晶格势垒量子阱结构的LED的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。如图1所示，本技术实施例提供的基于超晶格势垒量子阱结构的LED包括：蓝宝石衬底1；设置于蓝宝石衬底1上面的GaN形核层2；设置于GaN形核层2上面的未掺杂的GaN层3；设置于未掺杂的GaN层3上面的n型GaN层4；设置于n型GaN层4上面的量子阱区，所述量子阱区从下至上包括8～15周期的第一区域5和3～10周期的第二区域6，所述第一区域5包括从下至上设置的3～10周期的超晶格AlxInyGa1-x-yN/GaN势垒层7和InGaN势阱层8，所述第二区域6包括3～10周期的AlxInyGa1-x-yN/GaN势垒层7；设置于第二区域6上面的p型AlGaN电子阻挡层9；设置于p型AlGaN电子阻挡层9上面的p型GaN层10；设置于p型GaN层10上面的电极接触层11。可选地，所述n型GaN层4为Si掺杂的n型GaN层；所述p型GaN层10为Mg掺杂的p型GaN层。其中，所述蓝宝石衬底1的厚度为300～400μm(优选为350μm)；所述GaN形核层2的厚度为20～30nm；所述未掺杂的GaN层3的厚度为1.5～2.5μm；所述n型GaN4层的厚度为1～2μm；每个周期的超晶格AlxInyGa1-x-yN/GaN势垒层7中超晶格AlxInyGa1-x-yN垒层的厚度为3～10nm，超晶格GaN层的厚度为3～10nm，所述InGaN势阱层8的厚度为3～10nm；所述p型AlGaN电子阻挡层9的厚度为40～80nm；所述p型GaN层10的厚度为200～300nm；所述电极接触层11的厚度为50～100nm。需要说明的是，图1仅用于示意本技术实施例提供的基于超晶格势垒量子阱结构的LED的组成结构，图1所示的各层的厚度并不代表各层的实际厚度。可选地，所述超晶格AlxInyGa1-x-yN/GaN势垒层7中，0<x<0.5，0<y<0.5，且从n型GaN层4到p型AlGaN电子阻挡9层方向x的数值递增，y的数值递减，以提高势垒的能带高度，减少电子泄漏。上述基于超晶格势垒量子阱结构的LED的制备方法，其包括如下步骤S1至S12：S1，在900～1200℃温度下，在H2气氛中先对图形化的蓝宝石衬底的表面进行杂质或氧化物的还原处理300～500s，然后对处理后的蓝宝石衬底表面进行氮化处理，得到蓝宝石衬底。S2，采用三甲基镓为镓源，NH3为氮源，H2作为载气，控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超晶格势垒量子阱结构的LED，其特征在于，包括：蓝宝石衬底；设置于蓝宝石衬底上面的GaN形核层；设置于GaN形核层上面的未掺杂的GaN层；设置于未掺杂的GaN层上面的n型GaN层；设置于n型GaN层上面的量子阱区，所述量子阱区从下至上包括8～15周期的第一区域和3～10周期的第二区域，所述第一区域包括从下至上设置的3～10周期的超晶格AlxInyGa1‑x‑yN/GaN势垒层和InGaN势阱层，所述第二区域包括3～10周期的AlxInyGa1‑x‑yN/GaN势垒层；设置于第二区域上面的p型AlGaN电子阻挡层；设置于p型AlGaN电子阻挡层上面的p型GaN层；设置于p型GaN层上面的电极接触层。

【技术特征摘要】
1.一种基于超晶格势垒量子阱结构的LED，其特征在于，包括：蓝宝石衬底；设置于蓝宝石衬底上面的GaN形核层；设置于GaN形核层上面的未掺杂的GaN层；设置于未掺杂的GaN层上面的n型GaN层；设置于n型GaN层上面的量子阱区，所述量子阱区从下至上包括8～15周期的第一区域和3～10周期的第二区域，所述第一区域包括从下至上设置的3～10周期的超晶格AlxInyGa1-x-yN/GaN势垒层和InGaN势阱层，所述第二区域包括3～10周期的AlxInyGa1-x-yN/GaN势垒层；设置于第二区域上面的p型AlGaN电子阻挡层；设置于p型AlGaN电子阻挡层上面的p型GaN层；设置于p型GaN层上面的电极接触层。2.根据权利要求1所述的基于超晶格势垒量子阱结构的LED，其特征在于，所述n型GaN层为Si掺杂的n型GaN层。3.根据权利要求1所述的基于超晶格势垒量子阱结...

【专利技术属性】
技术研发人员：董海亮，贾志刚，关永莉，梁建，米洪龙，许并社，陈永寿，陕志芳，
申请(专利权)人：山西飞虹微纳米光电科技有限公司，太原理工大学，
类型：新型
国别省市：山西,14