一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片技术

本发明专利技术提供了一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片，其MQW层包括沿第一方向交替层叠生长的量子垒和量子阱，且所述量子垒包括若干组InGaN/GaN/AlGaN层，进一步地，所述量子垒的两接触面分别设有GaN层；通过InGaN/GaN/AlGaN层对电子产生多级散射，减小电子迁移速率，增加电子被MQW俘获的几率；同时，在InGaN/GaN/AlGaN的层与层之间形成反生长方向的极化电场(P

【技术实现步骤摘要】
一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片


[0001]本专利技术涉及发光二极管领域，尤其涉及一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片。

技术介绍

[0002]近来年，III
‑
V族氮化物由于其优异的物理和化学特性(禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和迁移率高等)，在电学、光学领域受到广泛的关注与应用，比如目前市场上炙手可热的蓝绿光显屏产品，以及新冠疫情后热捧的紫外光杀菌消毒模组等。然而现实应用中由于材料、结构以及工艺的限制，各类新兴LED产品大规模应用依旧存在许多问题，比如电子束缚不足导致的溢流严重；空穴注入效率低，限制了发光效率的进一步提升；大晶格失配带来的强极化场等等，这些都阻碍了载流子在有源区的高效复合，给LED大规模商业化带来了巨大的挑战。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发光效率的关键。
[0003]目前已有的量子垒结构设计，在量子垒之间生长插入层(AlGaN、AlInGaN)或采用台阶量子垒，目的都是提高导带势垒高度，减小电子溢流，从而提高发光效率。然而，量子垒插入层/台阶垒虽然是利用高势垒起到电子阻挡的作用，但同时高势垒在一定程度上阻碍了空穴注入；此外插入层与GaN的晶格失配过大，不可避免的影响后续MQW晶体生长质量，降低器件的可靠性等。
[0004]有鉴于此，本专利技术人专门设计了一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片，本案由此产生。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片，以减少电子溢流从而提升LED的发光效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种LED外延结构，包括：
[0008]衬底，及依次层叠于所述衬底表面的N型半导体层、MQW层、最后一个量子垒层以及P型半导体层；
[0009]其中，所述MQW层包括沿第一方向交替层叠生长的量子垒和量子阱，所述量子垒包括若干组InGaN/GaN/AlGaN层，以形成对电子的层级散射和反生长方向的极化电场；所述第一方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述N型半导体层。
[0010]优选地，所述量子垒的两接触面分别设有GaN层。
[0011]优选地，在所述N型半导体层和MQW层之间设有保护层，且所述保护层包括交替堆叠的第二N型GaN层和UGaN层。
[0012]优选地，所述第二N型GaN层的N型掺杂浓度小于所述N型半导体层的N型掺杂浓度。
[0013]优选地，最后一个量子垒层包括GaN
‑
AlGaN
‑
AlN复合层状结构。
[0014]优选地，在所述最后一个量子垒层中，所述GaN层的厚度不小于所述AlGaN层的厚
度。
[0015]优选地，在所述最后一个量子垒层中，所述AlN层的厚度不大于所述AlGaN层的厚度。
[0016]优选地，所述N型半导体层包括若干组N型掺杂的AlGaN/GaN层。
[0017]本专利技术还提供了一种LED外延结构的制备方法，包括：
[0018]提供一衬底；
[0019]在所述衬底表面依次生长N型半导体层、保护层、MQW层、最后一个量子垒层以及P型半导体层；
[0020]其中，所述MQW层包括沿生长方向交替层叠生长的量子垒和量子阱，所述量子垒包括若干组InGaN/GaN/AlGaN层，以形成反生长方向的极化电场
[0021]所述量子垒的两接触面分别设有GaN层。
[0022]优选地，所述保护层包括交替堆叠的第二N型GaN层和UGaN层；且所述第二N型GaN层的N型掺杂浓度小于所述N型半导体层的N型掺杂浓度；
[0023]所述N型半导体层包括若干组N型掺杂的AlGaN/GaN层；
[0024]所述最后一个量子垒层包括GaN
‑
AlGaN
‑
AlN复合层状结构。
[0025]优选地，在通过所述InGaN/GaN/AlGaN层，实现量子垒中In组分间断式生长的过程中，保持H2的并入，且In和H2的并入呈相反的状态。
[0026]本专利技术还提供了一种LED芯片，包括；
[0027]上述任一项所述的LED外延结构；
[0028]N型电极，所述N型电极与所述N型半导体层形成欧姆接触；
[0029]P型电极，所述P型电极与所述P型半导体层形成欧姆接触。
[0030]经由上述的技术方案可知，本专利技术提供的LED外延结构，其MQW层包括沿第一方向交替层叠生长的量子垒和量子阱，且所述量子垒包括若干组InGaN/GaN/AlGaN层，进一步地，所述量子垒的两接触面分别设有GaN层；通过InGaN/GaN/AlGaN层对电子产生多级散射，减小电子迁移速率，增加电子被MQW俘获的几率；同时，在InGaN/GaN/AlGaN的层与层之间形成反生长方向的极化电场(P
→
N)，对空穴产生多级加速，对电子减速，增加空穴的注入效率，减少电子溢流，从而平衡载流子分布，增加辐射复合速率，提高发光效率。
[0031]其次，在所述N型半导体层和MQW层之间设有保护层，且所述保护层包括交替堆叠的第二N型GaN层和UGaN层，进一步地，所述第二N型GaN层的N型掺杂浓度小于所述N型半导体层的N型掺杂浓度。实现N型半导体层和MQW层的N型掺杂过渡(高掺
‑
低掺
‑
不掺)；同时，还可增加LED的抗静电击穿能力，以提升器件的整体可靠性。
[0032]然后，通过设置最后一个量子垒层包括GaN
‑
AlGaN
‑
AlN复合层状结构，基于该结构，一方面，可形成较高的势垒梯度以减少电子溢流；另一方面，可实现相对较薄的厚度，如此有利于空穴通过隧穿进入MQW层；然后，可移除后面的电子阻挡层，削弱电子阻挡层与最后一个量子垒层的能带弯曲，减小价带势垒高度，增加空穴注入，尤其是小电流注入下，增加空穴注入的有益效果要大于对电子的阻挡效果。
[0033]本专利技术还提供了一种LED外延结构的制备方法，在实现上述技术效果的同时，其操作简单，易于实现。
[0034]进一步地，本专利技术提供的一种LED外延结构的制备方法，在通过所述InGaN/GaN/
AlGaN层，实现量子垒中In组分间断式生长的过程中，保持H2的并入，且In和H的并入呈相反的状态。在一个实施例中，通过渐变通H的方式实现H2的并入。由于H2不利于In的并入，因此采取渐变通H目的，在修饰InGaN
‑
GaN的界面让整个界面更加平滑，过渡更自然的同时；亦能减少InGaN层In团簇的形成，提升整个量子垒的晶体质量。
[0035]本专利技术还提供了一种LED芯片，利用前述的LED外延结构所形成，结构简单且很好地提高了LED芯片的发光效率及其可靠性。
附图说明
[0036]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：衬底，及依次层叠于所述衬底表面的N型半导体层、保护层、MQW层、最后一个量子垒层以及P型半导体层；其中，所述MQW层包括沿第一方向交替层叠生长的量子垒和量子阱，所述量子垒包括若干组InGaN/GaN/AlGaN层，以形成对电子的层级散射和反生长方向的极化电场；所述第一方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述N型半导体层。2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述量子垒的两接触面分别设有GaN层。3.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，在所述N型半导体层和MQW层之间设有保护层，且所述保护层包括交替堆叠的第二N型GaN层和UGaN层。4.根据权利要求3所述的LED外延结构，其特征在于，所述第二N型GaN层的N型掺杂浓度小于所述N型半导体层的N型掺杂浓度。5.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，最后一个量子垒层包括GaN
‑
AlGaN
‑
AlN复合层状结构。6.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，在所述最后一个量子垒层中，所述GaN层的厚度不小于所述AlGaN层的厚度。7.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，在所述最后一个量子垒层中，所述AlN层的厚度不大于所述AlGaN层的厚度。8.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：万志，王莎莎，史成丹，卓祥景，程伟，金张育，
申请(专利权)人：厦门乾照光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：