一种LED外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种LED外延结构及其制备方法，外延片包括：衬底、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层；多量子阱层包括量子阱层以及复合量子垒层；复合量子垒层包括掺Be的Al

【技术实现步骤摘要】
一种LED外延结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于LED外延设计的
，具体地涉及一种LED外延结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]LED(Light Emitting Diode，发光二极管)具有节能、环保、寿命长等优点，是继白炽灯和日光灯之后的第三代电照明光源。现有的GaN基LED外延片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的低温缓冲层、三维成核层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层，其中，多量子阱层包括交替生长的InGaN阱层和GaN垒层，电子阻挡层（EBL）为P型AlGaN层。
[0003]由于电子的迁移速率远大于空穴的迁移速率，即使有EBL结构的存在，也使得有效电子空穴复合大部分发生在多量子阱的最后几个量子阱中，从而使得有效的辐射复合发光面积较小，进而影响发光效率，目前主流的P型掺杂为Mg掺杂，由于Mg掺杂为深能级掺杂，导致Mg掺杂电离能较高(约为250meV)，从而大大限制了P型GaN中空穴的浓度，进而影响辐射复合效率。
[0004]综上，现有技术中存在着有效电子空穴复合大部分发生在多量子阱的最后几个量子阱中，使得有效的辐射复合发光面积较小，影响发光效率，同时Mg掺杂电离能较高，限制了P型GaN中空穴的浓度，进而影响辐射复合效率的技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种LED外延结构及其制备方法，用于解决现有技术中有效电子空穴复合大部分发生在多量子阱的最后几个量子阱中，使得有效的辐射复合发光面积较小，影响发光效率，同时Mg掺杂电离能较高，限制了P型GaN中空穴的浓度，进而影响辐射复合效率的技术问题。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供以下技术方案，一种LED外延结构，包括：依次层叠的衬底、第一半导体层、多量子阱层以及第二半导体层，所述多量子阱层包括M个周期性交替排布的量子阱层以及复合量子垒层；其中，所述量子阱层为In
b
Ga1‑
b
N层，所述复合量子垒层包括依次层叠在所述量子阱层上的第一子层、第二子层、第三子层以及第四子层，所述第一子层为Al
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
N层，所述第二子层为掺Be的Al
z
Ga1‑
z
N层，所述第三子层为Al
a
Ga1‑
a
N层，所述第四子层为第一未掺杂GaN层，所述第二子层中Be的掺杂浓度以及Al组分均沿所述第一半导体层朝向所述第二半导体层的方向逐渐增大。
[0007]第二方面，本专利技术实施例还提供以下技术方案，一种LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：提供一衬底；在所述衬底上沉积第一半导体层；
在所述第一半导体层上交替沉积M个周期的量子阱层和复合量子垒层，以形成多量子阱层；在最后一个周期的所述复合量子垒层上沉积第二半导体层；其中，在所述量子阱层上依次沉积第一子层、第二子层、第三子层以及第四子层以形成所述复合量子垒层，所述量子阱层为In
b
Ga1‑
b
N层，所述第一子层为Al
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
N层，所述第二子层为掺Be的Al
z
Ga1‑
z
N层，所述第三子层为Al
a
Ga1‑
a
N层，所述第四子层为第一未掺杂GaN层，所述第二子层中Be的掺杂浓度以及Al组分均沿所述第一半导体层朝向所述第二半导体层的方向逐渐增大。
[0008]相比现有技术，本申请的有益效果为：本专利技术的第二子层采用掺Be的Al
z
Ga1‑
z
N层，与传统的P型掺杂剂Mg相对比，Be原子的原子半径比Mg原子的原子半径小，Be原子的激活能低（Be的电离能约为60meV，远小于Mg的电离能250meV），而量子垒层的生长温度较低（约为850℃
‑
890℃），在此温度中，Mg的掺杂效率以及激活效率均偏低，较难提供空穴，而Be掺杂则不会出现该问题，在此温度下，Be的掺杂效率以及激活效率均偏高，依旧可以提供空穴，同时从N型GaN层到P型GaN层的方向，第二子层中Be的掺杂浓度以及Al组分均逐渐增大，可形成Be浓度梯度，一方面可以减少MQW与P型GaN层的晶格失配，另一方面Al原子可以降低Be的激活能，Al浓度的增加可以激活更多的空穴，从而增强空穴从P型GaN层中注入到MQW中的续航里程，进而提高电子空穴在量子阱中的有效的辐射复合发光面积，使LED的发光效率得到进一步提高。
[0009]较佳的，所述量子阱层和所述复合量子垒层交替排布的周期M取值范围为：8≤M≤10。
[0010]较佳的，在所述Al
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
N层中，0<y<x<0.5；在所述Al
a
Ga1‑
a
N层中，0<a<0.5，并且a>x。
[0011]较佳的，在所述Al
z
Ga1‑
z
N层中，0<z<0.5。
[0012]较佳的，所述Al
z
Ga1‑
z
N层中Be的掺杂浓度为1E17atoms /cm
³
~1E19atoms /cm
³
。
[0013]较佳的，在所述In
b
Ga1‑
b
N层中，其中0<b<0.5。
[0014]较佳的，所述第一半导体层包括依次层叠在所述衬底上的缓冲层、三维成核层、第二未掺杂GaN层以及N型GaN层，所述缓冲层为AlN缓冲层、GaN缓冲层或AlGaN缓冲层中的任意一种或多种；所述多量子阱层层叠于所述N型GaN层上；所述第二半导体层包括依次层叠于所述多量子阱层上的P型AlGaN电子阻挡层以及P型GaN层。
[0015]较佳的，所述第二子层的生长温度高于所述第一子层、所述第三子层以及所述第四子层的生长温度。
[0016]较佳的，在所述衬底上依次沉积缓冲层、三维成核层、第二未掺杂GaN层以及N型GaN层，以形成所述第一半导体层，所述缓冲层为AlN缓冲层、GaN缓冲层或AlGaN缓冲层中的任意一种或多种；在最后一个周期的所述复合量子垒层上依次沉积P型AlGaN电子阻挡层和P型GaN层，以形成所述第二半导体层。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，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性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LED外延结构，其特征在于，包括：依次层叠的衬底、第一半导体层、多量子阱层以及第二半导体层，所述多量子阱层包括M个周期性交替排布的量子阱层以及复合量子垒层；其中，所述量子阱层为In
b
Ga1‑
b
N层，所述复合量子垒层包括依次层叠在所述量子阱层上的第一子层、第二子层、第三子层以及第四子层，所述第一子层为Al
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
N层，所述第二子层为掺Be的Al
z
Ga1‑
z
N层，所述第三子层为Al
a
Ga1‑
a
N层，所述第四子层为第一未掺杂GaN层，所述第二子层中Be的掺杂浓度以及Al组分均沿所述第一半导体层朝向所述第二半导体层的方向逐渐增大。2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述量子阱层和所述复合量子垒层交替排布的周期M取值范围为：8≤M≤10。3.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，在所述Al
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
N层中，0<y<x<0.5；在所述Al
a
Ga1‑
a
N层中，0<a<0.5，并且a>x。4.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，在所述Al
z
Ga1‑
z
N层中，0<z<0.5。5.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述Al
z
Ga1‑
z
N层中Be的掺杂浓度为1E17atoms /cm
³
~1E19atoms /cm
³
。6.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，在所述In

【专利技术属性】
技术研发人员：罗文博，肖崇武，张铭信，陈铭胜，
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：