一种LED外延结构及生长方法技术

本发明专利技术公开一种LED外延结构，包括衬底以及依次层叠设置在衬底上的第一半导体层、发光层和复合层；复合层包括依次层叠的第二半导体层、超晶格层和保护层；超晶格层包括至少一个超晶格单体；超晶格单体包括依次层叠设置的InGaN层、连接层和Mg3N2层。本发明专利技术通过Mg3N2层提高Mg原子浓度，使得空穴的浓度提高，InGaN层能提高空穴的传导效率，加速空穴的移动速率，使得空穴能快速到达发光层与电子复合，连接层能稳固连接InGaN层和Mg3N2层，结构紧凑。本发明专利技术还公开了一种LED外延结构的生长方法，包括在衬底上依次生长第一半导体层、发光层和复合层；本发明专利技术的生长方法能提高空穴浓度，从而大大提升空穴和电子的复合效率。大提升空穴和电子的复合效率。大提升空穴和电子的复合效率。

【技术实现步骤摘要】
一种LED外延结构及生长方法


[0001]本专利技术涉及LED
，具体涉及一种LED外延结构及生长方法。

技术介绍

[0002]LED是一种用于照明的半导体，其因体积小、耗电量低、使用寿命长、亮度高、环保和耐用等优点被广大消费者认可。
[0003]而传统的LED中，N型GaN层能向发光层提供电子，P型GaN层向发光层提供空穴，空穴和电子在发光层复合后以光子的形式输出，进而实现发光，但传统的P型GaN层中，Mg原子的激活效率较低，即Mg原子能够电离产生的空穴个数为总的Mg原子个数的1％左右，使得发光层中空穴的浓度不足，电子和空穴的复合效率低下，导致LED发光效果不良。
[0004]综上所述，急需一种发光效果好的LED外延结构及生长方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种发光效果好的LED外延结构及生长方法，具体技术方案如下：
[0006]一种LED外延结构，包括衬底以及依次层叠设置在衬底上的第一半导体层、发光层和复合层；所述复合层包括依次层叠的第二半导体层、超晶格层和保护层；所述第二半导体层设置在发光层上；所述超晶格层包括至少一个超晶格单体；所述超晶格单体包括依次层叠设置的InGaN层、连接层和Mg3N2层；所述InGaN层位于靠近第二半导体层的一侧，所述保护层设置在超晶格层上。
[0007]以上技术方案优选的，所述保护层为P型GaN层。
[0008]以上技术方案优选的，所述保护层上还依次层叠设有ITO层和绝缘层。
[0009]以上技术方案优选的，所述超晶格层包括多个层叠设置的超晶格单体，所述超晶格层的厚度为75-150nm。
[0010]以上技术方案优选的，所述发光层包括发光工作层和至少一个发光单体；所述发光单体包括层叠设置的In
x
Ga
(1-x)
N层和SiGaN层，其中x＝0.1-0.3，所述In
x
Ga
(1-x)
N层位于靠近第一半导体层的一侧；所述发光工作层设置在发光单体上。
[0011]本专利技术还公开了一种LED外延结构的生长方法，包括如下步骤；
[0012]步骤一：在衬底上生长第一半导体层；
[0013]步骤二：在第一半导体层生长发光层；
[0014]步骤三：在发光层上生长复合层；
[0015]所述步骤三中，所述复合层包括依次层叠的第二半导体层、超晶格层和保护层；所述第二半导体层生长在发光层上；所述超晶格层包括至少一个超晶格单体；所述超晶格单体包括依次生长的InGaN层、连接层和Mg3N2层；所述InGaN层生长在靠近第二半导体层的一侧，所述保护层生长在超晶格层上。
130sccm的TMIn，生长2-3nm的InGaN层。
[0029]所述连接层的具体生长方法是：保持反应腔压力400-600mbar，升高温度至950-1000℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、400-1000L/min的TEGa和2000-4000sccm的Cp2Mg，生长1-2nm的连接层。
[0030]所述Mg3N2层的具体生长方法是：保持反应腔压力400-600mbar，保持温度950-1000℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、100-130L/min的N2和1000-1300sccm的Cp2Mg，生长2-3nm的Mg3N2层。
[0031]本专利技术的生长方法通过在第二半导体层上生长超晶格层，能提高空穴浓度，从而大大提升空穴和电子的复合效率，并且本方法的超晶格层的生长参数易于控制。
[0032]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0033]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0034]图1是本实施例1的LED外延结构的示意图；
[0035]其中，1、衬底；2、第一半导体层；2.1、缓冲层；2.2、U型GaN层；2.3、N型GaN层；3、发光层；3.1、In
x
Ga
(1-x)
N层；3.2、SiGaN层；4、第二半导体层；4.1、P型AlGaN层；4.2、P型GaN层；5、超晶格层；5.1、InGaN层；5.2、连接层；5.3、Mg3N2层；6、保护层；7、ITO层；8、绝缘层；9、P电极；10、N电极。
具体实施方式
[0036]以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0037]实施例1：
[0038]一种LED外延结构，包括衬底1以及依次设置衬底上的第一半导体层2、发光层3、复合层、ITO层6和绝缘层7，如图1所示；
[0039]所述第一半导体层2包括缓冲层2.1、U型GaN层2.2和N型GaN层2.3；所述缓冲层设置在衬底上；所述U型GaN层和N型GaN层依次层叠设置在缓冲层上。
[0040]所述发光层3包括发光工作层和至少一个发光单体，所述发光单体包括依次层叠设置的In
x
Ga
(1-x)
N层3.1和SiGaN层3.2，其中x＝0.1-0.3；所述In
x
Ga
(1-x)
N层位于靠近N型GaN层的一侧；所述发光工作层设置在发光单体上。优选多个发光单体层叠设置，未图示发光工作层。
[0041]所述复合层包括第二半导体层4、超晶格层5和保护层6；所述第二半导体层4包括依次层叠设置的P型AlGaN层4.1(即P型氮化铝镓层)和P型GaN层4.2(即P型氮化镓层)；所述P型AlGaN层4.1设置在SiGaN层3.2(即氮化硅镓层)上；所述超晶格层包括至少一个超晶格单体；所述超晶格单体包括依次层叠设置的InGaN层5.1(即氮化铟镓层)、连接层5.2和Mg3N2层5.3(即氮化镁层)；所述InGaN层5.1位于靠近第二半导体层的P型GaN层4.2的一侧；所述保护层6设置超晶格层上。
[0042]优选的，所述保护层6为P型GaN层(即保护层包括P型的GaN材料)。
[0043]所述ITO层6和绝缘层7(优选SiO2层)依次层叠设置在保护层6上。
[0044]优选的，多个超晶格单体层叠设置，所述超晶格层的厚度为75-150nm。
[0045]本实施例1还公开了一种LED外延结构的生长方法，运用MOCVD来生长LED外延片，采用高纯H2或高纯N2或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，N型掺杂剂为硅烷(SiH4)，三甲基铝(TMAl)作为铝源，P型掺杂剂为二茂镁(Cp2Mg)，衬底为AlN模版衬底，反应压力在7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LED外延结构，其特征在于，包括衬底(1)以及依次层叠设置在衬底(1)上的第一半导体层(2)、发光层(3)和复合层；所述复合层包括依次层叠的第二半导体层(4)、超晶格层(5)和保护层(6)；所述第二半导体层(4)设置在发光层(3)上；所述超晶格层(5)包括至少一个超晶格单体；所述超晶格单体包括依次层叠设置的InGaN层(5.1)、连接层(5.2)和Mg3N2层(5.3)；所述InGaN层(5.1)位于靠近第二半导体层(4)的一侧，所述保护层(6)设置在超晶格层(5)上。2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述保护层(6)为P型GaN层。3.根据权利要求2所述的LED外延结构，其特征在于，所述保护层(6)上还依次层叠设有ITO层(7)和绝缘层(8)。4.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述超晶格层(5)包括多个层叠设置的超晶格单体，所述超晶格层的厚度为75-150nm。5.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述发光层(3)包括发光工作层和至少一个发光单体；所述发光单体包括层叠设置的In
x
Ga
(1-x)
N层(3.1)和SiGaN层(3.2)，其中x＝0.1-0.3，所述In
x
Ga
(1-x)
N层(3.1)位于靠近第一半导体层(2)的一侧；所述发光工作层设置在发光单体上。6.一种LED外延结构的生长方法，其特征在于，包括如下步骤；步骤一：在衬底(1)上生长第一半导体层(2)；步骤二：在第一半导体层(2)生长发光层(3)；步骤三：在发光层(3)上生长复合层；所述步骤三中，所述复合层包括依次层叠的第二半导体层(4)、超晶格层...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯磊，徐平，黄胜蓝，
申请(专利权)人：湘能华磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：