一种基于III-V族化合物应用的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基于III

【技术实现步骤摘要】
一种基于III
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V族化合物应用的LED外延结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及发光二极管领域，尤其涉及一种基于III
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V族化合物应用的LED外延结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]近来年，III
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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、光学领域受到极大关注，比如目前市场上备受瞩目的Mini/Micro LED，用于杀菌消毒的紫外LED等，以其广泛的应用前景，优异的产品性能而受到热捧。然而现实应用中由于材料、结构以及工艺的限制，LED的大规模应用依旧存在许多问题。比如Mini/Micro LED需要三种颜色组合，红光、绿光、蓝光(RGB)三色，目前亟待解决的是长波段(红光)LED外延结构开发。
[0003]然而，本专利技术人在研发过程中发现，生长氮化镓基红光LED芯片存在以下问题：
[0004]1、氮化镓基红光LED芯片需要高In组分的InGaN，且高In的通入需要在低温状态下进行，而低温会恶化半导体材料的晶体质量；因此，如何提升高In组分InGaN的晶体质量成为关键；
[0005]2、高In组分InGaN与GaN材料之间存在强极化电场，强极化电场会减小电子与空穴波函数交叠，降低发光效率。
[0006]有鉴于此，本专利技术人专门设计了一种基于III
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V族化合物应用的LED外延结构及其制备方法，本案由此产生。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于III
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V族化合物应用的LED外延结构及其制备方法，用于解决氮化镓基红光LED芯片晶体质量差、发光效率低的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种基于III
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V族化合物应用的LED外延结构，包括：
[0010]衬底及依次层叠于所述衬底表面的N型半导体层、红光阱层以及P型半导体层；其中，所述红光阱层包括交替堆叠的量子阱和量子垒，所述量子阱包括若干个InGaN/InN周期结构，且在相邻两InGaN/InN周期结构之间还设有InGaN中间层；通过各所述InGaN/InN周期结构的周期数以及对应的InGaN单元、InN单元生长时间的调控，加强与极化电场偏移方向反向的电场强度，和/或减弱与极化电场偏移方向同向的电场强度，以平衡极化电场的偏移。
[0011]优选地，所述InGaN中间层的生长温度不高于所述InGaN/InN周期结构的生长温度。
[0012]优选地，通过脉冲形式通入In源形成所述InGaN/InN周期结构。
[0013]优选地，在所述量子阱和量子垒的交界处也设有所述InGaN中间层。
[0014]优选地，在所述红光阱层与所述P型半导体层之间还设有一空穴隧穿层。
[0015]优选地，在所述空穴隧穿层与所述P型半导体层之间还设有空穴注入层，且所述空穴隧穿层的厚度小于所述空穴注入层的厚度。
[0016]优选地，所述空穴隧穿层包括GaN层和/或AlN层，所述空穴注入层包括P型InGaN层和非掺型AlGaN层。
[0017]优选地，所述P型InGaN层和非掺型AlGaN层形成超晶格结构。
[0018]优选地，在所述N型半导体层和所述红光阱层之间还设有蓝光阱层、绿光阱层。
[0019]优选地，所述红光阱层还包括一保护层，所述保护层用于减少所述P型半导体层的生长温度对所述红光阱层的破坏。
[0020]优选地，所述保护层包括蓝光阱材料层。
[0021]优选地，所述量子垒包括GaN层。
[0022]本专利技术还提供了一种基于III
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V族化合物应用的LED外延结构的制备方法，包括：
[0023]提供一衬底；
[0024]在所述衬底表面依次生长N型半导体层、蓝光阱层、绿光阱层、红光阱层以及P型半导体层；其中，所述红光阱层包括交替层叠生长的量子阱和量子垒，所述量子阱包括若干个InGaN/InN周期结构，且在相邻两InGaN/InN周期结构之间还设有InGaN中间层；通过调节各所述InGaN/InN周期结构的周期数，以及对应的InGaN单元和InN单元的生长时间，以平衡极化电场的偏移；
[0025]且，所述InGaN中间层的生长温度不高于所述InGaN/InN周期结构的生长温度。
[0026]优选地，在所述InGaN/InN周期结构的生长过程中，其In源以脉冲形式通入。
[0027]经由上述的技术方案可知，本专利技术提供的基于III
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V族化合物应用的LED外延结构及其制备方法，包括衬底及依次层叠于所述衬底表面的N型半导体层、红光阱层以及P型半导体层；其中，所述红光阱层包括交替层叠生长的量子阱和量子垒，所述量子阱包括若干个InGaN/InN周期结构，且在相邻两InGaN/InN周期结构之间还设有InGaN中间层；通过各所述InGaN/InN周期结构的周期数以及对应的InGaN单元、InN单元生长时间的调控，加强与极化电场偏移方向反向的电场强度，和/或减弱与极化电场偏移方向同向的电场强度，以平衡极化电场的偏移。如此，可通过InN插入层应力调制实现发光向长波偏移以获得更加充分的红光；同时，通过在相邻两InGaN/InN周期结构之间设置InGaN中间层，并通过调节各所述InGaN/InN周期结构的周期数，以及对应的InGaN单元和InN单元的生长时间，以减小InN插入层所引起的强极化电场，平衡InGaN/InN周期结构两端的极化电场，从而达到增加电子空穴波函数交叠、提高发光效率的目的。
[0028]其次，通过设置所述InGaN中间层的生长温度不高于所述InGaN/InN周期结构的生长温度，在保证发光波长的基础上，利用相对高温去形成InGaN/InN周期结构，可提升InGaN/InN周期结构的晶体质量，同时较低温度生长InGaN中间层有利于In组分的并入以及量子阱结构的稳定性。
[0029]然后，通过脉冲形式通入In源形成所述InGaN/InN周期结构，增加了In迁移，有利于In组分的并入。
[0030]再者，在所述量子阱和量子垒的交界处也设有所述InGaN中间层，可进一步地实现In组分的并入以及红光阱层整体结构的稳定性。
[0031]此外，在所述N型半导体层和所述红光阱层之间还设有蓝光阱层、绿光阱层，从而
很好地实现Mini/Micro
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LED中，红光、绿光、蓝光(RGB)混色外延结构的生长。
[0032]进一步地，在所述红光阱层与所述P型半导体层之间还设有空穴隧穿层以及空穴注入层，从而注入更多的空穴并通过隧穿集聚至红光阱层。
[0033]最后，所述空穴注入层包括由P型InGaN层和非掺型AlGaN层所形成的超晶格结构，利用P型掺杂源在InGaN中激活能较低的特性，从而获得较高的空穴浓度，同时P型掺杂<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于III
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V族化合物应用的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、红光阱层以及P型半导体层；其中，所述红光阱层包括交替堆叠的量子阱和量子垒，所述量子阱包括若干个InGaN/InN周期结构，且在相邻两InGaN/InN周期结构之间还设有InGaN中间层；通过各所述InGaN/InN周期结构的周期数以及对应的InGaN单元、InN单元生长时间的调控，加强与极化电场偏移方向反向的电场强度，和/或减弱与极化电场偏移方向同向的电场强度，以平衡极化电场的偏移。2.根据权利要求1所述的基于III
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V族化合物应用的LED外延结构，其特征在于，所述InGaN中间层的生长温度不高于所述InGaN/InN周期结构的生长温度。3.根据权利要求1所述的基于III
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V族化合物应用的LED外延结构，其特征在于，通过脉冲形式通入In源形成所述InGaN/InN周期结构。4.根据权利要求1所述的基于III
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V族化合物应用的LED外延结构，其特征在于，在所述量子阱和量子垒的交界处也设有所述InGaN中间层。5.根据权利要求1所述的基于III
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V族化合物应用的LED外延结构，其特征在于，在所述红光阱层与所述P型半导体层之间还设有一空穴隧穿层。6.根据权利要求5所述的基于III
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V族化合物应用的LED外延结构，其特征在于，在所述空穴隧穿层与所述P型半导体层之间还设有空穴注入层，且所述空穴隧穿层的厚度小于所述空穴注入层的厚度。7.根据权利要求6所述的基于III
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V族化合物应用的LED外延结构，其特征在于，所述空穴隧穿层包括GaN层和/或AlN层，所述空穴注入层包括P型InGaN层和非掺型A...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莎莎，史成丹，万志，卓祥景，尧刚，程伟，
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：