用于可见光通信的GaN基LED外延结构及其制备方法技术

一种用于可见光通信的GaN基LED外延结构及其制备方法。包括衬底；缓冲层，位于所述衬底上；n型GaN层，位于所述缓冲层上；n型AlGaN电子阻挡层，位于所述n型GaN层上；InGaN/GaN多量子阱有源区，位于所述n型AlGaN电子阻挡层上；p型GaN层，位于所述InGaN/GaN多量子阱有源区上。本发明专利技术提供的LED外延结构降低了电子阻挡层对空穴注入量子阱的阻碍作用，提高了空穴注入效率；并且该LED外延结构还可以提高辐射复合系数，从而同时提高最高光功率和最大调制带宽。

【技术实现步骤摘要】
用于可见光通信的GaN基LED外延结构及其制备方法
本专利技术涉及半导体领域，特别涉及一种用于可见光通信的GaN基LED外延结构及其制备方法。
技术介绍
由于具有安全性高、保密性好、不受电磁干扰等优点，可见光通信(VisibleLightCommunication，VLC)技术在国防军事、信息安全、对射频敏感等领域均有极大的应用前景。目前，关于VLC的研究主要围绕三个方面：电路设计、先进的调制及复用技术、LED芯片的调制带宽，相比于前两者，有关光源器件高频响应的研究还比较少。LED器件的调制带宽对可见光通信系统的调制带宽及传输速度有决定性作用，而现有的商用荧光粉型白光LED的带宽一般小于3MHz，距离适用于通信的目标有较大距离，这大大限制了VLC技术的进一步发展。研究表明，提高载流子辐射复合速率可以提高器件调制带宽，而优化LED外延结构是最为直接的改善辐射复合速率的方法。因此，如何对现有的LED外延结构进行改进，从而提高调制带宽，成为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于可见光通信的GaN基LED外延结构及其制备方法，以提高调制带宽。为达到上述目的，本专利技术提供一种用于可见光通信的GaN基LED外延结构，包括：衬底；缓冲层，位于所述衬底上；n型GaN层，位于所述缓冲层上；n型AlGaN电子阻挡层，位于所述n型GaN层上；InGaN/GaN多量子阱有源区，位于所述n型AlGaN电子阻挡层上；p型GaN层，位于所述InGaN/GaN多量子阱有源区上。在本专利技术一实施例中，所述衬底为平面衬底或图形衬底，所述图形衬底的表面为图案化阵列；所述衬底的材料包括蓝宝石、硅、氮化镓、氧化镓或碳化硅中的任意一种。在本专利技术一实施例中，所述缓冲层包括GaN成核层以及位于所述GaN成核层上的非故意掺杂GaN层。在本专利技术一实施例中，所述n型AlGaN电子阻挡层为AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层，或AlGaN单层电子阻挡层。本专利技术还提供一种用于得到上述GaN基LED外延结构的制备方法，方法包括：在衬底上依次外延生长缓冲层、n型GaN层、n型AlGaN电子阻挡层、InGaN/GaN多量子阱有源区以及p型GaN层。在本专利技术一实施例中，所述缓冲层通过以下步骤得到：在700℃至800℃之间，在所述衬底上外延生长GaN，得到GaN成核层；在900℃至1100℃之间，在所述GaN成核层上外延生长GaN，得到非故意掺杂GaN层；所述缓冲层的厚度为2μm至3.5μm。在本专利技术一实施例中，在1000℃至1100℃之间，在所述缓冲层上外延生长n型GaN层，所用掺杂剂包括硅烷，所述n型GaN层的厚度为1.5μm至3μm。在本专利技术一实施例中，在750℃至900℃之间，在所述n型GaN层上外延生长所述n型AlGaN电子阻挡层，所述n型AlGaN电子阻挡层的厚度为50nm至200nm。在本专利技术一实施例中，所述InGaN/GaN多量子阱有源区包括多个InGaN/GaN量子阱，其中，前三对量子阱的GaN垒层进行了掺杂，掺杂硅浓度为1×1018/cm3至1×1019/cm3，每个InGaN/GaN量子阱通过如下方法得到：在800℃至850℃之间，外延生长GaN垒层，所述GaN垒层的厚度为8nm至15nm；在700℃至750℃之间，外延生长InGaN阱层，所述InGaN阱层的厚度为2nm至5nm。在本专利技术一实施例中，在900℃至1000℃之间，在所述InGaN/GaN多量子阱有源区上外延生长所述p型GaN层，所用掺杂剂包括二茂镁，所述p型GaN层的厚度为150nm至250nm。由以上本专利技术提供的技术方案可见，本专利技术将电子阻挡层设置在n型GaN层与InGaN/GaN多量子阱有源区之间，从而降低了电子阻挡层对空穴注入量子阱的阻碍作用，提高了空穴注入效率；并且该LED外延结构增加了辐射复合系数，能够同时提高最高光功率和最大调制带宽。附图说明为了更清楚地说明本专利技术或现有技术的技术方案，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。图1是本专利技术提供的GaN基LED外延结构示意图。具体实施方式下面将结合附图和具体实施方式，对本专利技术的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落入本专利技术所附权利要求所限定的范围内。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方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。参考图1所示，为本专利技术实施例提供的一种用于可见光通信的GaN基LED外延结构，该结构包括：衬底；缓冲层，位于所述衬底上，可以用于改善外延的晶体质量；n型GaN层，位于所述缓冲层上，可以用于提供电子；n型AlGaN电子阻挡层，位于所述n型GaN层上，可以用于阻挡电子过冲，同时减小对空穴注入的影响，提高量子阱辐射复合速率；InGaN/GaN多量子阱有源区，位于所述n型AlGaN电子阻挡层上，可以用于提供有效的辐射复合；p型GaN层，位于所述InGaN/GaN多量子阱有源区上，可以用于提供空穴。可以看出，本专利技术将电子阻挡层设置在n型GaN层与InGaN/GaN多量子阱有源区之间，从而降低了电子阻挡层对空穴注入量子阱的阻碍作用，提高了空穴注入效率；并且该LED外延结构增加了辐射复合系数，能够同时提高最高光功率和最大调制带宽。具体的，所述衬底为平面衬底或图形衬底，图形衬底的表面为图案化阵列，例如可以是排布规则的三角锥或是四角锥阵列，微纳结构的高度在微米级别。所述衬底的材料包括蓝宝石、硅、氮化镓、氧化镓或碳化硅中的任意一种。具体的，所述缓冲层包括GaN成核层以及位于所述GaN成核层上的非故意掺杂GaN层。具体的，所述n型AlGaN电子阻挡层为AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层，或AlGaN单层电子阻挡层。本专利技术实施例还提供一种用于制备上述GaN基LED外延结构的制备方法，包括：在衬底上依次外延生长缓冲层、n型GaN层、n型AlGaN电子阻挡层、InGaN/GaN多量子阱有源区以及p型GaN层。具体的，可以利用金属有机化合物化学气相沉积(MetalOrganicVaporDeposition，MOCVD)进行外延生长。具体的，所述缓冲层可以通过以下步骤得到：在700℃至800℃之间，在所述衬底上外延生长GaN，得到GaN成核层；在900℃至1100℃之间，在所述GaN成核层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于可见光通信的GaN基LED外延结构，其特征在于，包括：/n衬底；/n缓冲层，位于所述衬底上；/nn型GaN层，位于所述缓冲层上；/nn型AlGaN电子阻挡层，位于所述n型GaN层上；/nInGaN/GaN多量子阱有源区，位于所述n型AlGaN电子阻挡层上；/np型GaN层，位于所述InGaN/GaN多量子阱有源区上。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于可见光通信的GaN基LED外延结构，其特征在于，包括：
衬底；
缓冲层，位于所述衬底上；
n型GaN层，位于所述缓冲层上；
n型AlGaN电子阻挡层，位于所述n型GaN层上；
InGaN/GaN多量子阱有源区，位于所述n型AlGaN电子阻挡层上；
p型GaN层，位于所述InGaN/GaN多量子阱有源区上。


2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述衬底为平面衬底或图形衬底，所述图形衬底的表面为图案化阵列；所述衬底的材料包括蓝宝石、硅、氮化镓、氧化镓或碳化硅中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述缓冲层包括GaN成核层以及位于所述GaN成核层上的非故意掺杂GaN层。


4.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述n型AlGaN电子阻挡层为AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层，或AlGaN单层电子阻挡层。


5.一种用于制备权利要求1-4中任意一种所述GaN基LED外延结构的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底上依次外延生长缓冲层、n型GaN层、n型AlGaN电子阻挡层、InGaN/GaN多量子阱有源区以及p型GaN层。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述缓冲层通过以下步骤得到：
在700℃至800℃之间，在所述衬底上外延生长GaN，得到G...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽霞，林杉，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11