外延结构及其制作方法、LED器件技术

本申请涉及一种外延结构及其制作方法、LED器件，外延结构包括沿生长方向依次层叠设置的N型半导体层、MQW有源层和P型半导体层；MQW有源层包括沿生长方向依次层叠的前MQW有源层和后MQW有源层；前MQW有源层包括至少两组交替层叠设置的第一量子垒层和第一量子阱层；后MQW有源层包括至少两组交替层叠设置的第二量子垒层和第二量子阱层；其中，每一层第二量子阱层中的Al组分的含量沿生长方向逐渐增加，每一层第二量子阱层中的Ga组分的含量沿生长方向逐渐减少，可增加电子在阱中停留时间，从而阻挡电子从后MQW有源层中溢出，提高电子与空穴的复合几率，进而提高发光二极管的发光效率，进而提高发光亮度。进而提高发光亮度。进而提高发光亮度。

【技术实现步骤摘要】
外延结构及其制作方法、LED器件


[0001]本申请涉及半导体制程
，尤其涉及一种外延结构及其制作方法、LED器件。

技术介绍

[0002]如今，高亮度AlGaInP红光发光二极管的应用广泛，它是通过半导体材料中导带电子和价带空穴的辐射复合产生光子，将电能直接转化为光能的电子元器件。与传统光源相比，其具有高效、节能、环保和长寿等优点，在节能减排、绿色发展中发挥了重要作用，被公认为二十一世纪新一代绿色照明光源。
[0003]在AlGaInP红光发光二极管中，电子的有效质量比空穴小，但电子的迁移率比空穴大，进而没有被限制在有源区的电子会在有源区之外发生复合发光，产生其他波段光源，进而减少有源区内载流子数目，降低有源区电子与空穴的复合几率，影响发光二极管的内量子效率，进而影响发光亮度。
[0004]因此，如何提高电子和空穴在有源区的复合几率，提高发光亮度是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种外延结构及其制作方法、LED器件，旨在解决如何提高电子和空穴在有源区的复合几率，提高发光亮度的问题。
[0006]一种外延结构，沿生长方向依次层叠设置的N型半导体层、MQW有源层和P型半导体层；所述MQW有源层包括沿生长方向依次层叠的前MQW有源层和后MQW有源层；所述前MQW有源层包括至少两组交替层叠设置的第一量子垒层和第一量子阱层；所述后MQW有源层包括至少两组交替层叠设置的第二量子垒层和第二量子阱层；其中，每一层所述第二量子阱层中的Al组分的含量沿生长方向逐渐增加，每一层所述第二量子阱层中的Ga组分的含量沿生长方向逐渐减少。
[0007]通过生长前MQW有源层和后MQW有源层，并设置后MQW有源层包括至少两组交替层叠设置的第二量子垒层和第二量子阱层；其中，每一层所述第二量子阱层中的Al组分的含量沿生长方向逐渐增加，每一层所述第二量子阱层中的Ga组分的含量沿生长方向逐渐减少，使得每一层第二量子阱层的势垒由低变高，可增加电子在阱中停留时间，从而阻挡电子从后MQW有源层中溢出，提高电子与空穴的复合几率，进而提高发光二极管的发光效率，进而提高发光亮度。
[0008]可选地，所述第二量子阱层为(Al
C
Ga1‑
C
)
0.5
In
0.5
P层；其中，C的值沿生长方向从0.1渐变为0.3。阱的势垒由低变高，可增加电子在阱中停留时间，从而阻挡电子从后MQW有源层中溢出，提高电子与空穴的复合几率，进而提高发光二极管的发光效率。
[0009]可选地，每一层所述第二量子垒层中的Al组分的含量沿生长方向逐渐减小，每一层所述第二量子垒层中的Ga组分的含量沿生长方向逐渐增加。垒的势垒由高变低，对快速
移动的电子有阻挡作用，从而阻挡电子从后MQW有源层中溢出，提高电子与空穴的复合几率，进而提高发光二极管的发光效率。
[0010]可选地，所述第二量子垒层为(Al
D
Ga1‑
D
)
0.5
In
0.5
P层；其中，D的值沿生长方向从0.8渐变为0.6。垒的势垒由高变低，对快速移动的电子有阻挡作用，从而阻挡电子从后MQW有源层中溢出，提高电子与空穴的复合几率，进而提高发光二极管的发光效率。
[0011]可选地，所述第一量子阱层为(Al
A
Ga1‑
A
)
0.5
In
0.5
P层，其中，0.2≤A≤0.3；所述第一量子垒层为(Al
B
Ga1‑
B
)
0.5
In
0.5
P层，其中，0.6≤B≤0.7。
[0012]可选地，所述第一量子垒层、所述第一量子阱层、所述第二量子垒层和所述第二量子阱层的厚度均为3nm～6nm。
[0013]可选地，所述N型半导体层包括沿生长方向依次层叠的N
‑
AlInP限制层、N
‑
AlGaInP波导层；所述P型半导体层包括沿生长方向依次层叠P
‑
AlGaInP波导层、P
‑
AlInP限制层和P
‑
GaP电流扩展层。
[0014]可选地，所述外延结构还包括沿生长方向依次层叠的GaAs缓冲层和AlGaAs/AlAs DBR反射层，所述GaAs缓冲层和所述AlGaAs/AlAs DBR反射层位于所述N型半导体层远离所述MQW有源层的一侧。
[0015]可选地，所述GaAs缓冲层的厚度0.4μm～0.6μm；所述AlGaAs/AlAs DBR反射层的厚度为2.0μm～4.0μm；所述N
‑
AlInP限制层的厚度为0.25μm～0.45μm；所述N
‑
AlGaInP波导层的厚度为0.06μm～0.1μm；所述P
‑
AlGaInP波导层的厚度为0.07μm～0.1μm；所述P
‑
AlInP限制层的厚度为0.3μm～1μm；所述P
‑
GaP电流扩展层的厚度为5μm～6μm。
[0016]基于同样的专利技术构思，本申请还提供一种外延结构的制作方法，包括：提供一GaAs衬底；在所述GaAs衬底上依次生长GaAs缓冲层、AlGaAs/AlAs DBR反射层、N
‑
AlInP限制层、N
‑
AlGaInP波导层、前MQW有源层、后MQW有源层、P
‑
AlGaInP波导层、P
‑
AlInP限制层和P
‑
GaP电流扩展层；所述前MQW有源层包括多层交替层叠设置的第一量子垒层和第一量子阱层；所述后MQW有源层包括多层交替层叠设置的第二量子垒层和第二量子阱层；其中，每一层所述第二量子阱层中的Al组分的含量沿生长方向逐渐增加，每一层所述第二量子阱层中的Ga组分的含量沿生长方向逐渐减少。
[0017]通过生长前MQW有源层和后MQW有源层，并设置后MQW有源层包括至少两组交替层叠设置的第二量子垒层和第二量子阱层；其中，每一层所述第二量子阱层中的Al组分的含量沿生长方向逐渐增加，每一层所述第二量子阱层中的Ga组分的含量沿生长方向逐渐减少，使得每一层第二量子阱层的势垒由低变高，可增加电子在阱中停留时间，从而阻挡电子从后MQW有源层中溢出，提高电子与空穴的复合几率，进而提高发光二极管的发光效率，进而提高发光亮度。
[0018]基于同样的专利技术构思，本申请还提供一种LED器件，所述LED器件包括N电极、P电极以及前述实施方式中任一项所述的外延结构，所述N电极与所述N型半导体层电连接，所述P电极与所述P型半导体层电连接。
[0019]通过生长前MQW有源层和后MQW有源层，并设置后MQW有源层包括至少两组交替层叠设置的第二量子垒层和第二量子阱层；其中，每一层所述第二量子阱层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外延结构，沿生长方向依次层叠设置的N型半导体层、MQW有源层和P型半导体层；其特征在于，所述MQW有源层包括沿生长方向依次层叠的前MQW有源层和后MQW有源层；所述前MQW有源层包括至少两组交替层叠设置的第一量子垒层和第一量子阱层；所述后MQW有源层包括至少两组交替层叠设置的第二量子垒层和第二量子阱层；其中，每一层所述第二量子阱层中的Al组分的含量沿生长方向逐渐增加，每一层所述第二量子阱层中的Ga组分的含量沿生长方向逐渐减少。2.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述第二量子阱层为(Al
C
Ga1‑
C
)
0.5
In
0.5
P层；其中，C的值沿生长方向从0.1渐变为0.3。3.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于，每一层所述第二量子垒层中的Al组分的含量沿生长方向逐渐减小，每一层所述第二量子垒层中的Ga组分的含量沿生长方向逐渐增加。4.如权利要求3所述的外延结构，其特征在于，所述第二量子垒层为(Al
D
Ga1‑
D
)
0.5
In
0.5
P层；其中，D的值沿生长方向从0.8渐变为0.6。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的外延结构，其特征在于，所述第一量子阱层为(Al
A
Ga1‑
A
)
0.5
In
0.5
P层，其中，0.2≤A≤0.3；所述第一量子垒层为(Al
B
Ga1‑
B
)
0.5
In
0.5
P层，其中，0.6≤B≤0.7。6.如权利要求1
‑
4任一项所述的外延结构，其特征在于，所述第一量子垒层、所述第一量子阱层、所述第二量子垒层和所述第二量子阱层的厚度均为3nm～6nm。7.如权利要求1
‑
4任一项所述的外延结构，其特征在于，所述N型半导体层包括沿生长方向依次层叠的N
‑
AlInP限制层、N
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷鹏军，刘勇兴，
申请(专利权)人：重庆康佳光电技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：