一种GaN基LED外延片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有ｐ型接触层的ＧａＮ基ＬＥＤ外延片及其制备方法。所述外延片的结构从下至上依次为衬底、低温缓冲层、ｎ型层、量子阱、ｐ型层、ｐ型接触层，所述ｐ型接触层为量子阱层结构。本发明专利技术在现有外延片的结构基础上增加了ｐ型接触层的结构，ｐ型接触层采用了量子阱结构，由于阱层与垒层价带的能量不同，可有效提高该层的空穴浓度；同时，空穴在与量子阱平面垂直方向上的运动受到限制，更有利于空穴在量子阱平面方向作二维运动，在外加电压下，有利于空穴在ｐ型层中的扩展，使电流分布更均匀，提高了ＬＥＤ的性能。本发明专利技术提供了所述外延片的制备方法，简单易行，成本较低，制备条件精确，可实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体光电子器件
，特别是涉及一种具有p 型接触层的GaN基LED外延片及其制备方法。
技术介绍
GaN基高亮度发光二极管(LED)是目前全球光电子领域研究和 产业的前沿和热点。GaN基LED的制备要经过LED外延片生长，LED 芯片制备和LED封装三个主要环节。其中LED外延片制备是LED 的核心技术，它对LED的性能水平起主要作用。现有的GaN基LED外延片的结构通常如附图5所示， 一般包括 衬底、低温缓冲层、n型层、量子阱、p型层。其中，衬底材料可采 用蓝宝石、SiC、 Si、 GaN等。低温缓冲层可采用低温GaN层、低温 A1N层等。在采用GaN为衬底时可以不生长低温缓冲层和未掺杂GaN 层。量子阱可采用单量子阱，也可采用多量子阱，量子阱结构有 InGaN/GaN结构、IrixGaLxN/InyGaLyN结构等。外延片结构中可以不 生长n型AlGaN层或p型AlGaN层，或n型AlGaN层和p型AlGaN 层均不生长。专利号为200410073931.0的中国专利公开了一种具有 低温成长低电阻值P型接触层的氮化镓系发光二极管，涉及一种利用 镁和铝共同掺杂且可低温成长氮化铟镓(Inl-yGayN)低电阻值的p型 接触层(Contecting layer)的氮化镓系发光二极管结构。如上所述，现 有的GaN基LED外延片均采用GaN为p型层主体，有时会在p型GaN生长前生长很薄的AlGaN层，以增大对载流子的束缚。但是， 由于GaN禁带宽度高达3.4eV，受主杂质电离能高，获得高空穴浓度 的p型层十分困难。p型GaN的空穴浓度一般不超过1 X 1018cm—3， 在此浓度下，空穴迁移率-'般小于10 cm2/V s。而且，为了减小p 型层电阻，LED外延片p型层厚度不超过0.5um，这样更难以得到 高空穴浓度的p型层。这导致GaN基LED的正向电压较高，也使得 LED性能难以进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是克服现有技术的不足，提供一种通过增加p 型接触层而提髙性能的GaN基LED外延片。本专利技术的另一个目的是提供所述外延片的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案来予以实现提供一种具有p型接触层的GaN基LED外延片，所述外延片的 结构从下至上依次为衬底、n型层、量子阱、p型层、p型接触层； 所述p型接触层为量子阱层结构。在衬底和n型层之间还可以设置低 温缓冲层。所述p型接触层的量子阱层优选InGaN/GaN量子阱层。 所述p型接触层的量子阱中，垒层掺入p型掺杂剂、阱层掺入或不掺入p型掺杂剂，掺入的受主杂质可根据目前常规技术选用，优选Mg。所述p型接触层的量子阱的周期优选为1 20，阱层和垒层的厚 度优选lnm 5證。本专利技术还提供了所述外延片的另一优选技术方案，即在所述p型接触层上还生长有一层p型InGaN层，以获得更好的专利技术效果。所述p型InGaN层厚度优选为lnm 10nm。本专利技术外延片n型层优选n型GaN: si层。所述p型层包括包括p型InGaN:Mg层、p型GaN:Mg层或p型 AlGaN:Mg层。本专利技术同时提供所述具有p型接触层的GaN基LED外延片的制 备方法，采用MOCVD设备制备所述外延片，包括以下步骤(1) 在IOO(TC在氢气氛围下烘烤衬底10分钟；(2) 降温至48(TC，在衬底上生长厚度为30nm的GaN低温度 缓冲层；(3) 在1000r的温度下，在衬底上生长n型层；(4) 将温度降至68(TC 78(rC，生长量子阱；(5) 将温度升至950。C 100(TC，生长p型层；(6) 将温度降至73(TC 81(TC，生长p型接触层即制备得到所 述外延片。对于所述p型接触层上还生长有一层p型InGaN层的外延片， 在上述制备方法所述步骤(5)后可在温度81(TC在所述p型接触层 上生长一层p型InGaN层制备得到所述外延片。本专利技术的有益效果是 (1)本专利技术针对现有技术的不足，通过结构上突破性的设计提 供了一种高性能的GaN基LED外延片现有的GaN基LED外延片的结构一般包括衬底、n型层、量子 阱、p型层。其中， 一般采用GaN为p型层主体，由于GaN禁带宽 度高达3.4eV，受主杂质电离能高，获得髙空穴浓度的p型层十分困 难。这导致GaN基LED的正向电压较高，也使得LED性能难以进一步提高。本专利技术创造了一种具有p型接触层的GaN基LED外延片，其结 构从下至上依次为衬底、n型层、量子阱、p型层、p型接触层，该 外延片最后生长了一 p型接触层，所述p型接触层为量子阱层结构， 优选InGaN/GaN量子阱层。这样的专利技术设计， 一方面，由于增加了p 型接触层，而且p型接触层采用量子阱结构，空穴在与量子阱平面垂 直方向上的运动受到限制，更有利于空穴在量子阱平面方向作二维运 动，在外加电压下，有利于空穴在p型层中的扩展，使电流分布更均 匀；另一方面，p型接触层采用了量子阱结构，由于阱层与垒层价带 的能量不同，可有效提高该层的空穴浓度。因此，在p型层生长完后， 生长p型InGaN/GaN量子阱接触层，可明显降低LED的正向电压， 提高LED的性能。所述p型接触层在量子阱生长完后，还可以生长p型InGaN层， 由于InGaN的禁带宽度小于GaN，受主杂质在InGaN中的电离能要 小于GaN，因此，最后生长的p型InGaN的空穴浓度较高；同时， 由于InGaN的功函数与金属Au或Ni更为接近，因此，最后生长的 p型InGaN也可改善LED的p型金属电极与LED外延片的接触。 (2)本专利技术提供所述外延片的制备方法简单易行，成本较低，制备条件精确，可实现工业化生产。 附图说明图1为实施例1的GaN基LED外延片结构示意图。 图2为实施例2的GaN基LED外延片结构示意图。 图3为实施例3的GaN基LED外延片结构示意图。 图4为实施例4的GaN基LED外延片结构示意图。 图5为现有技术GaN基LED外延片结构示意图。具体实施例方式实施例1具有p型接触层的GaN基LED外延片的结构如附图1所示，从 下至上依次为衬底、低温缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN层、 InGaN/GaN量子阱、p型AlGaN和p型GaN层、p型InGaN:Mg/GaN:Mg量子阱层。其制备方法为-(1) 采用MOCVD设备，升温至IOO(TC在氢气氛围下烘烤衬底 IO分钟；(2) 降温至480。C，在衬底上生长厚度为30nm的GaN低温缓冲层；升温至105(TC，生长厚度为l.Owm的未掺杂GaN层；(3) 在IOO(TC的温度下生长厚度为2.0 u m的n型GaN:Si层；(4) 在720'C生长InGaN/GaN量子阱，量子阱周期数为5;(5) 将温度升至1000。C生长p型AlGaN:Mg层，厚度为20nm;降温至95(TC生长p型GaN:Mg层，厚度为0.2um; (6)降温至75(TC生长p型InGaN:Mg/GaN:Mg量子阱，量子阱 中的InGaN层和GaN层均掺入Mg，量子阱周期数为5，阱层和垒层 的厚度均为lnm;这种外延片的结构特点是在p型GaN生长完后，生长了 5周期 的lnGaN:Mg/GaN:Mg量子阱，阱层和垒层的厚度均为lnm。采用此 结构，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有ｐ型接触层的ＧａＮ基ＬＥＤ外延片，其特征在于所述外延片的结构从下至上依次为衬底、ｎ型层、量子阱、ｐ型层、ｐ型接触层；所述ｐ型接触层为量子阱层结构。

【技术特征摘要】
1、一种具有p型接触层的GaN基LED外延片，其特征在于所述外延片的结构从下至上依次为衬底、n型层、量子阱、p型层、p型接触层；所述p型接触层为量子阱层结构。2、 根据权利要求1所述具有p型接触层的GaN基LED外延片， 其特征在于所述p型接触层的量子阱层为InGaN/GaN量子阱层。3、 根据权利要求2所述具有p型接触层的GaN基LED外延片， 其特征在于所述p型接触层的量子阱中，垒层掺入p型掺杂剂、阱层 掺入或不掺入p型掺杂剂。4、 根据权利要求3所述具有p型接触层的GaN基LED外延片， 其特征在于所述p型接触层掺入的受主杂质为Mg。5、 根据权利要求1、 2、 3或4所述具有p型接触层的GaN基 LED外延片，其特征在于所述p型接触层的量子阱的周期数为1 20， 阱层和垒层的厚度为lnm 5nm。6、 根据权利要求1所述具有p型接触层的GaN基LED外延片， 其特征在于所述p型接触层上还生长有一层p型InGaN层。7、 根据权利要求6所述具有p型接触层的GaN基LED外延片， 其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李述体，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]