适用于大电流条件工作的发光二极管外延结构及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于大电流条件工作的发光二极管外延结构及制备方法。所述发光二极管外延结构包括沿指定方向依次设置的n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、p型AlGaN电子阻挡层、AlInN插入层和p型GaN层。本发明专利技术中提供的发光二极管外延结构，在大电流条件下工作时的光电性能稳定，可改善效率骤降的问题，且漏电小、抗静电性能好、制备工艺简单。抗静电性能好、制备工艺简单。抗静电性能好、制备工艺简单。

【技术实现步骤摘要】
适用于大电流条件工作的发光二极管外延结构及制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种适用于大电流条件下工作的发光二极管外延结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]GaN基发光二极管(LED)是一种半导体发光器件，具有寿命长、能耗低、体积小、可靠性高等优点，在大屏幕彩色显示、交通信号灯和照明领域发挥了越来越重要的作用。
[0003]目前GaN基LED一般是在蓝宝石衬底上生长外延层，依次包括低温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN层、n型掺杂GaN层、多量子阱(MQW)发光层、p型AlGaN电子阻挡层、p型层。该GaN基LED外延结构具有一定的缺陷，一方面由于电子的迁移率较空穴快，且自由电子的浓度较空穴的浓度高，容易导致MQW发光层中的电子和空穴分布不均匀，空穴集中在距p型层较近的MQW发光层中，往n型层方向逐渐衰减不利于电子和空穴的复合；另一方面，由于电子浓度高、迁移快，导致电子容易溢出至p型层中，与离化的空穴在p型层发生非辐射复合，进而降低空穴的注入效率，引起效率骤降，尤其在大电流工作的条件下以上问题将会变得更为严重。
[0004]对于以上问题，目前一般采用提高p型AlGaN电子阻挡层的Al组分来加强有源区与空穴供给层之间电子阻挡的效果，高Al组分可限制部分电子溢出至p型层，但随着Al组分的上升，AlGaN中Mg的离化能会迅速升高以及晶体质量会显著下降，导致空穴离化效率和浓度急剧下降，进而引起亮度和效率的下降。同时，在MQW发光层的最后一个量子势垒与AlGaN电子阻挡层之间的界面处以及在电子阻挡层与p型层之间的界面处的内部极化场，将导致具有高铝组分的电子阻挡层发生严重的能带弯曲，进而在界面处呈现尖峰，阻止空穴有效地注入有源区。另外，在大电流注入的条件下，即使采用高Al组分的AlGaN电子阻挡结构，仍然不能避免有大量的电子会溢出至P型层，引起效率骤降效应、老化和光衰等问题，同时随Al组分上升，p型AlGaN电子阻挡层晶体质量下降，位错在p型层被放大，形成漏电通道，导致LED漏电增大和抗静电能力较差，寿命降低。一些技术通过在靠近p型AlGaN电子阻挡层的p型GaN层设置部分厚度(例如三分之一厚度)的非掺杂GaN层(uGaN)，然后再生长p型GaN层，以改善外延电流扩展以及p型层晶体质量，提升亮度和抗静电性能等，但效果均不佳。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种适用于大电流条件下工作的发光二极管外延结构及其制备方法，以克服现有技术的不足。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]本专利技术实施例的一个方面提供了一种发光二极管外延结构，其包括沿指定方向依次设置的n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、p型AlGaN电子阻挡层、AlInN插入层和p型GaN层。
[0008]本专利技术实施例的另一个方面还提供了所述发光二极管外延结构的制备方法，其包
括：
[0009]在衬底上依次生长形成n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、p型AlGaN电子阻挡层；
[0010]在第一温度条件下于p型AlGaN电子阻挡层上生长形成第一AlInN层；
[0011]在第二温度条件下于第一AlInN层上生长形成第二AlInN层，所述第二温度高于第一温度，所述第一AlInN层与第二AlInN层配合形成AlInN插入层；以及
[0012]在所述第二AlInN层上生长形成p型GaN层。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0014]1)提供的一种发光二极管外延结构及其制备方法，在大电流条件下工作时的光电性能稳定，可改善效率骤降的问题。
[0015]2)提供的一种发光二极管外延结构及其制备方法，晶体质量高，可提供较佳的电流扩展，提升亮度，改善漏电和抗静电性能。
[0016]3)提供的一种发光二极管外延结构及其制备方法，工艺简单。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，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。
[0018]图1是本专利技术一典型实施例提供的一种适用于大电流条件下工作的发光二极管外延结构示意图；
[0019]图2是本专利技术对比例1中提供的一种发光二极管外延结构示意图；
[0020]图3是本专利技术对比例2中提供的一种发光二极管外延结构示意图；
[0021]图4是本专利技术对比例3中提供的一种发光二极管外延结构示意图；
[0022]图5是本专利技术对比例4中提供的一种发光二极管外延结构示意图。
具体实施方式
[0023]鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，主要针对现有发光二极管外延结构，在大电流的工作条件下，电子容易溢出至p型层中，与离化的空穴在p型层发生复合，进而降低空穴的注入效率，引起效率骤降的问题而提出了一种适用于大电流条件下工作的发光二极管外延结构，其不仅在大电流下的光电性能稳定，同时也具有改善漏电和抗静电性能的优点，如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0024]本专利技术实施例的一个方面提供了一种发光二极管外延结构，其包括沿指定方向依次设置的n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、p型AlGaN电子阻挡层、AlInN插入层和p型GaN层。
[0025]进一步的，所述AlInN插入层包括第一AlInN层和第二AlInN层，所述第二AlInN层设置在第一AlInN层与p型GaN层之间，所述第二AlInN层的生长温度高于所述第一AlInN层的生长温度。
[0026]更进一步的，所述第一AlInN层表面的多个缺陷处被腐蚀形成多个凹陷部，且所述凹陷部被所述第二AlInN层的局部区域填充。
[0027]在一些实施方式中，所述第一AlInN层、第二AlInN层的厚度为10～100nm，In组分含量为10～20％，掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3～5
×
10
20
cm
‑3。
[0028]进一步的，所述AlInN插入层可以是非掺杂的，也可以是p型掺杂的，还可以是沿其厚度方向的一部分是非掺杂的，另一部分是p型掺杂的。
[0029]进一步的，所述AlInN插入层与p型GaN层之间还分布有p型GaN过渡层，所述p型GaN过渡层的厚度为10～100nm，掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3～5
×
10
20
cm
‑3。
[0030]进一步的，所述n型GaN层的厚度为2～4μm，掺杂浓度为2
×
10...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延结构，其特征在于包括沿指定方向依次设置的n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、p型AlGaN电子阻挡层、AlInN插入层和p型GaN层。2.根据权利要求1所述的发光二极管外延结构，其特征在于：所述AlInN插入层包括第一AlInN层和第二AlInN层，所述第二AlInN层设置在第一AlInN层与p型GaN层之间，所述第二AlInN层的生长温度高于所述第一AlInN层的生长温度。3.根据权利要求2所述的发光二极管外延结构，其特征在于：所述第一AlInN层表面的多个缺陷处被腐蚀形成多个凹陷部，且所述凹陷部被所述第二AlInN层的局部区域填充。4.根据权利要求1所述的发光二极管外延结构，其特征在于：所述AlInN插入层与p型GaN层之间还分布有p型GaN过渡层。5.根据权利要求1所述的发光二极管外延结构，其特征在于：所述AlInN插入层是非掺杂的；和/或，所述AlInN插入层是p型掺杂的；和/或，所述AlInN插入层沿其厚度方向的一部分是非掺杂的，另一部分是p型掺杂的。6.根据权利要求1所述的发光二极管外延结构，其特征在于：所述发光二极管外延结构包括在衬底上依次生长形成的低温GaN缓冲层、非掺杂高温GaN层、...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫其昂，王国斌，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：