一种提高发光效率的LED外延结构及其制作方法技术

技术编号:34746518 阅读:13 留言:0更新日期:2022-08-31 18:40
本申请公开了一种提高发光效率的LED外延结构及其制作方法,所述LED外延结构包括:衬底、以及在所述衬底一侧表面依次生长的缓冲层、N

【技术实现步骤摘要】
一种提高发光效率的LED外延结构及其制作方法


[0001]本专利技术涉及半导体光电子
,尤其是涉及一种提高发光效率的LED外延结构及其制作方法。

技术介绍

[0002]目前,AlInGaN基发光材料因其禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和迁移率高等物理和化学特性在显示、照明领域发挥着越来越多应用。而多量子阱InGaN/GaN作为LED的有源区,对LED的光学特性尤为重要。但是在长波段中,如绿光、黄光、红光等,随着有源区InGaN中In组分越来越高,其晶体质量变差,缺陷增多,进而降低LED发光效率。并且InN和GaN之间晶格失配严重及低混溶性,容易在InGaN/GaN有源区出现In团簇,进而导致发光不集中,显色不纯等现象。此外,III族氮化物由于其自发极化和压电极化,会形成一个内建电场,容易产生量子限制斯塔克效应,加剧电子泄露。为了解决这一问题,目前常见的则是在InGaN/GaN有源区和P层之间插入一个AlGaN电子阻挡层(EBL),增加导带电子势垒,减少电子泄露,但这一方法也阻碍了空穴从P层传输到有源区,进而阻碍了电子和空穴在有源区的复合,从而影响LED的发光效率。
[0003]因此,减小电子泄露,增加空穴注入效率,削弱强极化电场,促进载流子在有源区的高效复合,成为提升LED发光效率亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此,本专利技术提供了一种提高发光效率的LED外延结构及其制作方法,采用GaN+AlInGaN的Cap层设计,以及Al/In渐变的生长方式,不仅可以起到极化匹配,又能形成高导带势垒,减小电子泄露的作用。
[0005]为了实现上述目的,本专利技术提供如下技术方案:
[0006]一种提高发光效率的LED外延结构,包括:
[0007]衬底、以及在所述衬底一侧表面依次生长的缓冲层、N

GaN层、多量子阱结构以及P

GaN层;
[0008]其中,所述多量子阱结构由多个量子垒和量子阱交替形成,所述量子阱包括在所述量子垒上依次生长的InN层、InGaN层、GaN层以及AlInGaN层,所述GaN层和所述AlInGaN层构成Cap层,且在所述N

GaN层到所述P

GaN层之间,所述Cap层采用Al/In渐变的生长方式,能够起到极化匹配,形成高导带势垒,减小电子泄露的作用,并且在所述量子阱的生长初期,采用预通In的生长方式,形成InN团簇,增加In的并入,从而减少穿透位错,增加辐射复合发光。
[0009]优选的,在上述的LED外延结构中,所述量子垒的生长周期为N+1,N为6~12;
[0010]第1至第N

3个量子垒的厚度为D
QB1
,D
QB1
=7~16nm;
[0011]第N

1和第N

2个量子垒的厚度为D
QB2
,D
QB1

D
QB2
≥2~6nm;
[0012]第N个量子垒的厚度为D
QB3
,D
QB3

D
QB2
≤2~4nm;
[0013]第N+1个量子垒的厚度为D
QB4
,D
QB4
=18~30nm。
[0014]优选的,在上述的LED外延结构中,第1至第N个量子垒均为GaN层,第N+1个量子垒为AlGaN层。
[0015]优选的,在上述的LED外延结构中,所述量子阱的生长周期为N,N为6~12;
[0016]第1至第N

4个量子阱中In组分为X,且逐渐增加,0.05≤X≤0.3;
[0017]第N

3个和第N

2个量子阱中In组分保持不变,为0.25~0.3;
[0018]第N

1个和第N个量子阱中In组分为Y,且逐渐减小,0.1≤Y≤0.2。
[0019]优选的,在上述的LED外延结构中,所述Cap层的厚度为1~5nm。
[0020]优选的,在上述的LED外延结构中,还包括:
[0021]设置在所述衬底与所述缓冲层之间的未掺杂AlN低温成核层;
[0022]设置在所述P

GaN层背离所述多量子阱结构一侧表面的接触层;
[0023]设置在所述接触层背离所述P

GaN层一侧表面的P电极;
[0024]设置在所述N

GaN层背离所述缓冲层一侧表面的N电极。
[0025]优选的,在上述的LED外延结构中,所述N

GaN层的厚度为1.3~1.8um,掺杂浓度为1

10x10
18
cm
‑3。
[0026]优选的,在上述的LED外延结构中,所述P

GaN层的厚度为100~150nm,掺杂浓度为5

10x10
18
cm
‑3。
[0027]优选的,在上述的LED外延结构中,所述衬底为蓝宝石衬底。
[0028]本专利技术还提供一种提高发光效率的LED外延结构的制作方法,所述制作方法包括:
[0029]提供一衬底;
[0030]在所述衬底的一侧表面依次生长缓冲层、N

GaN层、多量子阱结构以及P

GaN层;
[0031]其中,所述多量子阱结构由多个量子垒和量子阱交替形成,所述量子阱包括在所述量子垒上依次生长的InN层、InGaN层、GaN层以及AlInGaN层,所述GaN层和所述AlInGaN层构成Cap层,且在所述N

GaN层到所述P

GaN层之间,所述Cap层采用Al/In渐变的生长方式,能够起到极化匹配,形成高导带势垒,减小电子泄露的作用,并且在所述量子阱的生长初期,采用预通In的生长方式,形成InN团簇,增加In的并入,从而减少穿透位错,增加辐射复合发光。
[0032]通过上述描述可知,在本专利技术技术方案提供的提高发光效率的LED外延结构及其制作方法中,采用GaN+AlInGaN的Cap层设计,以及Al/In渐变的生长方式,不仅可以起到极化匹配,又能形成高导带势垒,减小电子泄露的作用。
[0033]并且,在量子阱的生长初期,采用预通In的生长方式,形成InN团簇,增加In的并入,从而可以减少穿透位错,增加辐射复合发光。
[0034]同时,量子垒采用厚度渐变的生长方式,以及量子阱采用In组分渐变的生长方式,能够减少材料之间的晶格失配,削弱强极化电场,提高LED的发光效率。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本申请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本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高发光效率的LED外延结构,其特征在于,包括:衬底、以及在所述衬底一侧表面依次生长的缓冲层、N

GaN层、多量子阱结构以及P

GaN层;其中,所述多量子阱结构由多个量子垒和量子阱交替形成,所述量子阱包括在所述量子垒上依次生长的InN层、InGaN层、GaN层以及AlInGaN层,所述GaN层和所述AlInGaN层构成Cap层,且在所述N

GaN层到所述P

GaN层之间,所述Cap层采用Al/In渐变的生长方式,能够起到极化匹配,形成高导带势垒,减小电子泄露的作用,并且在所述量子阱的生长初期,采用预通In的生长方式,形成InN团簇,增加In的并入,从而减少穿透位错,增加辐射复合发光。2.根据权利要求1所述的LED外延结构,其特征在于,所述量子垒的生长周期为N+1,N为6~12;第1至第N

3个量子垒的厚度为D
QB1
,D
QB1
=7~16nm;第N

1和第N

2个量子垒的厚度为D
QB2
,D
QB1

D
QB2
≥2~6nm;第N个量子垒的厚度为D
QB3
,D
QB3

D
QB2
≤2~4nm;第N+1个量子垒的厚度为D
QB4
,D
QB4
=18~30nm。3.根据权利要求2所述的LED外延结构,其特征在于,第1至第N个量子垒均为GaN层,第N+1个量子垒为AlGaN层。4.根据权利要求1所述的LED外延结构,其特征在于,所述量子阱的生长周期为N,N为6~12;第1至第N

4个量子阱中In组分为X,且逐渐增加,0.05≤X≤0.3;第N

3个和第N

2个量子阱中In组分保持不变,...

【专利技术属性】
技术研发人员:王莎莎万志陈少彬史成丹卓祥景柯志杰艾国齐
申请(专利权)人:厦门未来显示技术研究院有限公司
类型:发明
国别省市:

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