适用于大电流条件工作的发光二极管外延结构制造技术

本实用新型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。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、p型GaN过渡层和p型GaN层。本实用新型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。单。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


[0001]本技术属于半导体
，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。

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，以克服现有技术的不足。
[0006]为实现前述技术目的，本技术采用的技术方案包括：
[0007]本技术实施例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、p型GaN过渡层和p型GaN层。
[0008]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过渡层之间，所述第二AlInN层的生长温度高于所述第一AlInN层的生长温度。
[0009]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。
[0010]进一步的，所述第一AlInN层、第二AlInN层的In组分含量为10～20％。
[0011]进一步的，所述第一AlInN层、第二AlInN层的厚度为10～100nm，掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3～5
×
10
20
cm
‑3。
[0012]在一些实施方式中，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，其中掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3～5
×
10
20
cm
‑3。
[0013]进一步的，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。
[0014]进一步的，所述多量子阱发光层包括交替层叠的至少一个InGaN量子阱层和至少一个GaN量子垒层，所述InGaN量子阱层的厚度为2～6nm，所述GaN量子垒层的厚度为6～20nm。
[0015]更进一步的，至少一个所述的InGaN量子阱层和至少一个所述的GaN量子垒层交替层叠1～20个周期。
[0016]进一步的，所述n型GaN层的厚度为2～4μm，掺杂浓度为2
×
10
18
cm
‑3～5
×
10
19
cm
‑3，所述p型A1GaN电子阻挡层的厚度为15～150nm，掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3～5
×
10
20
cm
‑3，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，所述p型GaN层的厚度为10～100nm，掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3～5
×
10
20
cm
‑3。
[0017]在一些较为具体的实施方式中，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、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、p型GaN过渡层和p型GaN层。
[0018]其中，所述衬底包括蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底、氧化锌衬底或氮化镓衬底中的任意一种，且不限于此。
[0019]其中，所述低温GaN缓冲层的厚度为20～60nm，所述非掺杂高温GaN层的厚度为2～4μm。
[0020]与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0021]1)提供的一种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。
[0022]2)提供的一种发光二极管外延结构，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。
[0023]3)提供的一种发光二极管外延结构，制备工艺简单。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本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...

【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、p型GaN过渡层和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过渡层之间，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3所述的发光二极管外延结构，其特征在于：所述第一AlInN层、第二AlInN层的厚度为10~100nm。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。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...

【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：新型
国别省市：