GaN基发光二极管外延结构制造技术

本申请涉及一种GaN基发光二极管外延结构，包括：衬底；N型外延层，位于衬底上；应力调节层，其禁带宽度位于N型外延层和发光层之间，应力调节层包括依次叠设于N型外延层上的第一至第M周期结构层，各周期结构层包括交替设置的势阱和势垒，自N型外延层至发光层方向，第一至第M周期结构中的势阱和势垒的禁带宽度递减以逐渐趋近于发光层的禁带宽度，M≥2；发光层，位于应力调节层上，发光层的禁带宽度小于N型外延层的禁带宽度；电子阻挡层，位于发光层上；及P型外延层，位于电子阻挡层上。通过设置应力调节层并使应力调节层中的势阱和势垒均呈递减趋势，可以削弱发光层的极化效应，提高电子和空穴的复合几率。

Epitaxial structure of GaN based LED

【技术实现步骤摘要】
GaN基发光二极管外延结构
本专利技术涉及发光二极管领域，尤其涉及一种GaN基发光二极管外延结构。
技术介绍
氮化镓是现今半导体照明中蓝光发光二极管的核心材料，氮化镓基发光二极管的外延结构包括多层结构，其中核心层次为N型外延层、发光层和P型外延层，通过将N型外延层中的电子和P型外延层中的空穴输送至发光层，电子和空穴在发光层进行复合发光。然而，在发光二极管外延结构生长过程中，从N型外延层到发光层存在较大的晶格失配，导致晶体质量较差，且使得发光层的能带弯曲严重，发光层出现较强的极化现象，使得电子和空穴复合几率较低。
技术实现思路
基于此，本申请针对氮化镓基发光二极管N型外延层至发光层晶格失配严重的问题，提出一种GaN基发光二极管外延结构。一种GaN基发光二极管外延结构，包括：衬底；N型外延层，位于所述衬底上；应力调节层，其禁带宽度位于所述N型外延层和发光层之间，所述应力调节层包括依次叠设于所述N型外延层上的第一至第M周期结构层，各所述周期结构层包括交替设置的势阱和势垒，自所述N型外延层至发光层方向，所述第一至第M周期结构中的势阱和势垒的禁带宽度递减以逐渐趋近于所述发光层的禁带宽度，M≥2；发光层，位于所述应力调节层上，所述发光层的禁带宽度小于所述N型外延层的禁带宽度；电子阻挡层，位于所述发光层上；及P型外延层，位于所述电子阻挡层上。上述GaN基发光二极管外延结构，在N型外延层和发光层之间设有应力调节层，该应力调节层具有多个交替叠设的势阱和势垒，且自N型外延层至发光层方向，势阱的禁带宽度呈递减趋势以逐渐趋近于发光层，势垒的禁带宽度也呈递减趋势以逐渐趋近于发光层，从而逐渐释放底层由于晶格失配形成的应力，并减弱发光层的极化效应，缓解发光层的能带弯曲，提高发光层电子和空穴的复合效率，同时还能提高晶体质量。在其中一个实施例中，M＝3，其中，第一周期结构层包括交替叠设的第一势阱和第一势垒，第二周期结构层包括交替叠设的第二势阱和第二势垒，第三周期结构层包括交替叠设的第三势阱和第三势垒，各所述势阱的禁带宽度关系为：第一势阱＞第二势阱＞第三势阱，各所述势垒的禁带宽度关系为：第一势垒＞第二势垒＞第三势垒。在其中一个实施例中，在所述应力调节层中，各所述势阱的厚度关系为：第一势阱＜第二势阱＜第三势阱，各所述势垒的厚度关系为：第一势垒＞第二势垒＞第三势垒。在其中一个实施例中，各所述势垒的厚度不超过30nm，各所述势阱的厚度不超过5nm。在其中一个实施例中，所述第一周期结构层的周期数不超过10，所述第二周期结构层的周期数不超过20，所述第三周期结构层的周期数不超过30。在其中一个实施例中，所述第一周期结构层的厚度不超过200nm，所述第二周期结构层的厚度不超过150nm，所述第三周期结构层的厚度不超过100nm。在其中一个实施例中，所述应力调节层具有N型掺杂，各所述周期结构层的掺杂浓度关系为：第二周期结构层＞第一周期结构层＞第三周期结构层。在其中一个实施例中，所述N型掺杂为硅掺杂，所述掺杂浓度范围为1e17cm-3～1e18cm-3。在其中一个实施例中，第一势阱为Alx11Iny11Ga1-x11-y11N，所述第一势垒为Alx12Iny12Ga1-x12-y12N，所述第二势阱为Alx21Iny21Ga1-x21-y21N，所述第二势垒为Alx22Iny22Ga1-x22-y22N，所述第三势阱为Alx31Iny31Ga1-x31-y31N，所述第三势垒为Alx32Iny32Ga1-x32-y32N，0≤x11≤0.3，0≤x12≤0.3，0≤x21≤0.3，0≤x22≤0.3，0≤x31≤0.3，0≤x32≤0.3，0≤y11≤0.2，0≤y12≤0.2，0≤y21≤0.2，0≤y22≤0.2，0≤y31≤0.2，0≤y32≤0.2。在其中一个实施例中，所述第一周期结构层的晶格参数接近所述N型外延层的晶格参数，所述第M周期结构层的晶格参数接近所述发光层的晶格参数，自所述N型外延层至所述发光层方向，所述应力调节层的晶格参数逐渐趋近所述发光层的晶格参数。附图说明图1为本申请一实施例中GaN基发光二极管外延结构的结构示意图；图2为本申请一实施例中GaN基发光二极管外延结构的能带图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的首选实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本申请涉及一种GaN基发光二极管外延结构，如图1所示，GaN基发光二极管外延结构包括衬底110和依次叠设于衬底110上的N型外延层120、应力调节层130、发光层140、电子阻挡层150和P型外延层160。其中，为了保证发光层140的光顺利穿过两侧结构而不被吸收，需使得N型外延层120的禁带宽度大于发光层140的禁带宽度。同时，位于N型外延层120和发光层140之间的应力调节层130具有多层结构，具体为第一至第M周期结构层，M≥2，各周期结构层又包括交替设置的势阱和势垒，相邻的一个势阱和势垒构成一个周期，可以理解的，在同一周期结构中，势垒的禁带宽度大于势阱的禁带宽度。在应力调节层130中，从第一至第M周期结构层，势阱的禁带宽度总体上呈现递减的变化趋势，且势垒的禁带宽度总体上呈现递减的变化趋势，即势阱从接近N型外延层120的势阱高度逐渐减小以逐渐趋近发光层140的势阱高度，势垒也从N型外延层120的势阱高度逐渐减小以逐渐趋近发光层140的势阱高度。上述GaN基发光二极管外延结构，若在N型外延层上直接生长发光层，N型外延层和发光层之间会存在较大的晶格失配，使得发光层出现严重的极化现象，能带弯曲严重，发光层的电子和空穴在极化作用下相互分离，导致发光层电子和空穴的复合几率低，二极管整体发光效率低。同时，在外延结构中，由于晶格失配所引起的应力得不到释放，也会影响晶体质量。在本申请中，在N型外延层和发光层之间设置具有多层结构的应力调节层，使应力调节层具有交替设置的势阱和势垒，同时，通过调节各层结构的禁带宽度，使得自N型外延层至发光层的方向，势阱整体上呈现递减趋势，且势垒也呈现递减趋势。通过上述应力调节层，可以逐渐释放晶体内部应力，并使得从N型外延层到发光层平缓过渡，降低晶格失配现象，削弱发光层内部极化效应，从而提高发光层电子和空穴的复合几率，继而提高发光二极管的发光效率。同时，由于应力调节层可以逐步释放晶体内部应力，也可以提高晶体质量。在一实施例中，如图1所示，M＝3，即应力调节层130本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，包括：/n衬底；/nN型外延层，位于所述衬底上；/n应力调节层，其禁带宽度位于所述N型外延层和发光层之间，所述应力调节层包括依次叠设于所述N型外延层上的第一至第M周期结构层，各所述周期结构层包括交替设置的势阱和势垒，自所述N型外延层至所述发光层方向，所述第一至第M周期结构中的势阱和势垒的禁带宽度分别递减以逐渐趋近于所述发光层的禁带宽度，M≥2；/n发光层，位于所述应力调节层上，所述发光层的禁带宽度小于所述N型外延层的禁带宽度；/n电子阻挡层，位于所述发光层上；及/nP型外延层，位于所述电子阻挡层上。/n

【技术特征摘要】
1.一种GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，包括：
衬底；
N型外延层，位于所述衬底上；
应力调节层，其禁带宽度位于所述N型外延层和发光层之间，所述应力调节层包括依次叠设于所述N型外延层上的第一至第M周期结构层，各所述周期结构层包括交替设置的势阱和势垒，自所述N型外延层至所述发光层方向，所述第一至第M周期结构中的势阱和势垒的禁带宽度分别递减以逐渐趋近于所述发光层的禁带宽度，M≥2；
发光层，位于所述应力调节层上，所述发光层的禁带宽度小于所述N型外延层的禁带宽度；
电子阻挡层，位于所述发光层上；及
P型外延层，位于所述电子阻挡层上。


2.如权利要求1所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，M＝3，其中，第一周期结构层包括交替叠设的第一势阱和第一势垒，第二周期结构层包括交替叠设的第二势阱和第二势垒，第三周期结构层包括交替叠设的第三势阱和第三势垒，各所述势阱的禁带宽度关系为：第一势阱＞第二势阱＞第三势阱，各所述势垒的禁带宽度关系为：第一势垒＞第二势垒＞第三势垒。


3.如权利要求2所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，在所述应力调节层中，各所述势阱的厚度关系为：第一势阱＜第二势阱＜第三势阱，各所述势垒的厚度关系为：第一势垒＞第二势垒＞第三势垒。


4.如权利要求2所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，各所述势垒的厚度不超过30nm，各所述势阱的厚度不超过5nm。


5.如权利要求4所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，所述第一周期结构层的周期数不超过10，所述第二周期结构层的周期数不超过20，所述第三周期结构层的周期数不超过30。

【专利技术属性】
技术研发人员：卢国军，游正璋，
申请(专利权)人：映瑞光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31