发光二极管的外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种发光二极管的外延结构及其制备方法，该外延结构包括：蓝宝石衬底及在所述蓝宝石衬底上依次向上层叠生长的ALN缓冲层、重掺Si的N型层、应力释放层、多量子阱发光层及重掺Mg的P型层；其中，所述多量子阱发光层是由量子阱层和量子垒层交替层叠而成的周期性结构，所述多量子阱发光层的单个周期结构中的所述量子垒层生长在所述量子阱层上方，所述量子阱层为高In组分的阱层，所述量子垒层在单个周期结构中的生长温度先递增再递减，H2的通入量先递增再递减，所述量子垒层用于减少同一周期结构中量子阱层的In的偏析及匹配同一周期结构和相邻周期结构中量子阱层的晶格，保证二极管的发光效率。二极管的发光效率。二极管的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
发光二极管的外延结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及芯片领域，特别是涉及一种发光二极管的外延结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]GaN基LED可见光由于具有高的发光效率、长的使用寿命、低的电耗等优点，可以用在高清显示、可视通讯、汽车前灯、普通照明等领域，近年来受到越来越多的关注。
[0003]为了获得高质量的GaN基LED，通常采用图像化衬底（PSS）作为生长基底并依次层叠提供电子高掺硅的N型层、重掺铟的多量子阱发光层、提供空穴高掺镁的P型层。其中，N型层用来提供自由电子，P型层用来提供空穴，而电子和空穴在多量子阱发光层进行发光辐射复合。
[0004]多量子阱发光层由多个循环生长的量子阱层和量子垒层构成，由于低温有利于量子阱层中In的掺杂，因此，量子阱层所需的生长温度相对较低，通常情况下，为了提高多量子阱发光层整体的晶体质量，将量子垒层的生长温度设置的相对较高。而较高生长温度的量子垒层在高温生长过程中，会导致先生长的量子阱层中的In发生偏析效应，从而影响阱垒层界面的清晰度，降低阱垒层界面的晶体质量，进而影响发光二极管的发光效率；且相邻的量子阱层与量子垒层之间由于In的组分相差较大，容易发生晶格失配，从而导致量子阱内存在较大应力。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种发光二极管的外延结构及其制备方法，旨在解决
技术介绍
中记载的技术问题。
[0006]本专利技术提出一种发光二极管的外延结构，所述外延结构包括：蓝宝石衬底及在所述蓝宝石衬底上依次向上层叠生长的ALN缓冲层、重掺Si的N型层、应力释放层、多量子阱发光层及重掺Mg的P型层；其中，所述多量子阱发光层是由量子阱层和量子垒层交替层叠而成的周期性结构，所述多量子阱发光层的单个周期结构中的所述量子垒层生长在所述量子阱层上方，所述量子阱层为高In组分的阱层，所述量子垒层在单个周期结构中的生长温度先递增再递减，H2的通入量先递增再递减，所述量子垒层用于减少同一周期结构中量子阱层的In的偏析及匹配同一周期结构和相邻周期结构中量子阱层的晶格。
[0007]另外，根据本专利技术提供的发光二极管的外延结构，还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，所述多量子阱发光层的单个周期结构中：所述量子垒层为多层层垒式结构，生长温度随生长层数的递增先逐渐递增再逐渐递减，H2的通入量随生长层数的递增先逐渐递增再逐渐递减。
[0008]进一步地，所述多量子阱发光层的单个周期结构中：所述量子垒层的总层数为n，所述量子垒层包括第一层垒及在所述第一层垒上依次向上层叠生长的第二层垒至第n层
垒，所述第一层垒为贴近所述量子阱层的层垒，所述第一层垒及所述第n层垒的生长温度均为预设温度。
[0009]进一步地，所述多量子阱发光层的单个周期结构中：若n为偶数，所述量子垒层的第n/2层垒及第n/2+1层垒的生长温度最高且为T+b*(n/2)，若n为奇数，所述量子垒层的第（n+1）/2层垒的生长温度最高且为T+b*(n/2)，其中，n为大于或等于3的整数，T为预设温度，b为大于0的常数。
[0010]进一步地，所述多量子阱发光层的单个周期结构中：所述量子垒层的总层数为n，所述量子垒层包括第一层垒及在所述第一层垒上依次向上层叠生长的第二层垒至第n层垒，所述第一层垒为贴近所述量子阱层的层垒，所述第一层垒及所述第n层垒在生长过程中H2的通入量均为预设通入量。
[0011]进一步地，所述多量子阱发光层的单个周期结构中：若n为偶数，所述量子垒层的第n/2层垒及第n/2+1层垒的H2的通入量最高且为V+d*(n/2)，若n为奇数，所述量子垒层的第（n+1）/2层垒的H2的通入量最高且为V+d*(n/2)，其中，n为大于或等于3的整数，V为预设通入量，d为大于0的常数。
[0012]本专利技术还提出一种发光二极管的外延结构的制备方法，用于制备上述技术方案中的发光二极管的外延结构，所述制备方法包括：提供一蓝宝石衬底并在所述蓝宝石衬底上生长一ALN缓冲层；在所述ALN缓冲层上生长一重掺Si的N型层；在所述重掺Si的N型层上生长一应力释放层；在所述应力释放层上生长一多量子阱发光层；及在所述多量子阱发光层上生长一重掺Mg的P型层；其中，所述多量子阱发光层是由量子阱层和量子垒层交替层叠而成的周期性结构，所述多量子阱发光层的单个周期结构中的所述量子垒层生长在所述量子阱层上方，所述量子阱层为高In组分的阱层，所述量子垒层在单个周期结构中的生长温度先递增再递减，H2的通入量先递增再递减，所述量子垒层用于减少同一周期结构中量子阱层的In的偏析及匹配同一周期结构和相邻周期结构中量子阱层的晶格。
[0013]进一步地，所述在所述应力释放层上生长一多量子阱发光层的步骤具体包括：在所述应力释放层上生长所述多量子阱发光层的第一周期结构，所述多量子阱发光层的第一周期结构包括量子阱层和量子垒层，所述量子阱层为高In组分的阱层，所述量子垒层在单个周期结构中的生长温度先递增再递减，H2的通入量先递增再递减；在所述多量子阱发光层的前一周期结构上依次生长量子阱层、量子垒层以作为所述多量子阱发光层的后一周期结构，直至生成所述多量子阱发光层的预设数量的周期结构。
[0014]进一步地，所述在所述多量子阱发光层的前一周期结构上依次生长量子阱层、量子垒层以作为所述多量子阱发光层的后一周期结构的步骤具体包括：在所述多量子阱发光层的前一周期结构的量子垒层上生长量子阱层以作为所述多量子阱发光层的后一周期结构的量子阱层；在所述多量子阱发光层的后一周期结构的量子阱层上生长第一垒层，生长温度为预设温度，H2的通入量为预设通入量；
在所述第一垒层上依次向上层叠生长第二层垒至第n/2层垒，其中，从所述第二层垒开始，每层垒的生长温度随生长层数的递增在前一层垒的基础上增加一个预设温度增量，每层垒的H2通入量随生长层数的递增在前一层垒的基础上增加一个预设通入增量，所述第n/2层垒的生长温度达到最高且为T+b*(n/2)，所述第n/2层垒的H2的通入量达到最高且为V+d*(n/2)，其中，n为偶数，T为预设温度，b为预设温度增量，V为预设通入量，d为预设通入增量；在所述第n/2层垒上依次向上层叠生长第n/2+1层垒至第n层垒，其中，生成的所述第一垒层至所述第n层垒作为所述多量子阱发光层的后一周期结构的量子垒层，从第n/2+2层垒开始，每层垒的生长温度随生长层数的递增在前一层垒的基础上降低一个预设温度增量，每层垒的H2通入量随生长层数的递增在前一层垒的基础上减少一个预设通入增量，所述第n/2+1层垒的生长温度为T+b*(n/2)，所述第n/2+1层垒的H2的通入量为V+d*(n/2)。
[0015]进一步地，所述在所述多量子阱发光层的前一周期结构上依次生长量子阱层、量子垒层以作为所述多量子阱发光层的后一周期结构的步骤具体还包括：在所述多量子阱发光层的前一周期结构的量子垒层上生长量子阱层以作为所述多量子阱发光层的后一周期结构的量子阱层；在所述多量子阱发光层的后一周期结构的量子阱层上生长第一垒层，生长温度为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管的外延结构，其特征在于，所述外延结构包括：蓝宝石衬底及在所述蓝宝石衬底上依次向上层叠生长的ALN缓冲层、重掺Si的N型层、应力释放层、多量子阱发光层及重掺Mg的P型层；其中，所述多量子阱发光层是由量子阱层和量子垒层交替层叠而成的周期性结构，所述多量子阱发光层的单个周期结构中的所述量子垒层生长在所述量子阱层上方，所述量子阱层为高In组分的阱层，所述量子垒层在单个周期结构中的生长温度先递增再递减，H2的通入量先递增再递减，所述量子垒层用于减少同一周期结构中量子阱层的In的偏析及匹配同一周期结构和相邻周期结构中量子阱层的晶格。2.根据权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述多量子阱发光层的单个周期结构中：所述量子垒层为多层层垒式结构，生长温度随生长层数的递增先逐渐递增再逐渐递减，H2的通入量随生长层数的递增先逐渐递增再逐渐递减。3.根据权利要求2所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述多量子阱发光层的单个周期结构中：所述量子垒层的总层数为n，所述量子垒层包括第一层垒及在所述第一层垒上依次向上层叠生长的第二层垒至第n层垒，所述第一层垒为贴近所述量子阱层的层垒，所述第一层垒及所述第n层垒的生长温度均为预设温度。4.根据权利要求3所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述多量子阱发光层的单个周期结构中：若n为偶数，所述量子垒层的第n/2层垒及第n/2+1层垒的生长温度最高且为T+b*(n/2)，若n为奇数，所述量子垒层的第（n+1）/2层垒的生长温度最高且为T+b*(n/2)，其中，n为大于或等于3的整数，T为预设温度，b为大于0的常数。5.根据权利要求2所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述多量子阱发光层的单个周期结构中：所述量子垒层的总层数为n，所述量子垒层包括第一层垒及在所述第一层垒上依次向上层叠生长的第二层垒至第n层垒，所述第一层垒为贴近所述量子阱层的层垒，所述第一层垒及所述第n层垒在生长过程中H2的通入量均为预设通入量。6.根据权利要求5所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述多量子阱发光层的单个周期结构中：若n为偶数，所述量子垒层的第n/2层垒及第n/2+1层垒的H2的通入量最高且为V+d*(n/2)，若n为奇数，所述量子垒层的第（n+1）/2层垒的H2的通入量最高且为V+d*(n/2)，其中，n为大于或等于3的整数，V为预设通入量，d为大于0的常数。7.一种发光二极管的外延结构的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1
‑
6任一项所述的发光二极管的外延结构，所述制备方法包括：提供一蓝宝石衬底并在所述蓝宝石衬底上生长一ALN缓冲层；在所述ALN缓冲层上生长一重掺Si的N型层；在所述重掺Si的N型层上生长一应力释放层；在所述应力释放层上生长一多量子阱发光层；及在所述多量子阱发光层上生长一重掺Mg的P型层；其中，所述多量子阱发光层是由量子阱层和量子垒层交替层叠而成的周期性结构，所述多量子阱发光层的单个周期结构中的所述量子垒层生长在所述量子阱层上方，所述量子阱层为高In组分的阱层，所述量子垒层在单个周期结构中的生长温度先递增再递减，H2的通入量先递增再递减，所述量子垒层用于减少同一周期结构中量子阱层的In的偏析及匹配同一周期结构和相邻周期结构中量子阱层的晶格。
8.根据权利要求7所述的发光二极管的外延结构的制备方法，其特征在于，所述在所述应力释放层上生长一多量子...

【专利技术属性】
技术研发人员：程金连，张彩霞，印从飞，高虹，胡加辉，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：