氮化镓发光二极管外延结构、LED及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，具体公开一种氮化镓发光二极管外延结构、LED及其制备方法，包括依次设置的衬底、缓冲层、N型层、多量子阱层及P型层，所述多量子阱层与所述P型层之间设有势垒调配层，所述势垒调配层包括沿外延方向依次沉积的Al

【技术实现步骤摘要】
氮化镓发光二极管外延结构、LED及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种氮化镓发光二极管外延结构、LED及其制备方法。

技术介绍

[0002]半导体发光二极管具有体积小、坚固耐用、发光波段可控性强、光效高、低热损耗、光衰小、节能、环保等优点，在全色显示、背光源、信号灯、光电计算机互联、短距离通信等领域有着广泛的应用，逐渐成为目前电子电力学领域研究的热点。氮化镓材料具有宽带隙、高电子迁移率、高热导率、高稳定性等一系列优点，因此在高亮度蓝色发光二极管中有着广泛的应用和巨大的市场前景。照明领域对LED提出越来越高的要求，如何提高GaN基LED的发光效率、亮度和降低生产成本是LED行业关注的焦点。
[0003]目前，由于GaN基材料固有的极化效应，产生的斯塔克效应会导致多量子阱中能带弯曲，减少了波函数的重合，从而减少了空穴与电子的有效复合效率，另一方面，目前的电子阻挡层虽然阻挡了量子阱中电子溢流，但同时也减少了来自P型GaN层中空穴的注入效率，进一步的减少了发光效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对已有的技术现状，提供一种氮化镓发光二极管外延结构、LED及其制备方法，本专利技术的势垒调配层经Al
a
N层、Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层、In1‑
c
Al
c
N层及N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层多层材料层共同配合，在减少电子溢流的同时，有效增加并加速空穴注入，增强P型层的电导率与空穴注入率，由此有效提升发光效率。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：首先，作为本专利技术的目的之一，本专利技术提供一种氮化镓发光二极管外延结构，包括依次设置的衬底、缓冲层、N型层、多量子阱层及P型层，所述多量子阱层与所述P型层之间设有势垒调配层，所述势垒调配层包括沿外延方向依次沉积的Al
a
N层、Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层、In1‑
c
Al
c
N层及N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层。
[0006]在一些实施例中，所述势垒调配层中，0＜d＜c＜b＜a＜1，0＜x＜1
‑
c＜1。
[0007]在一些实施例中，所述Al
a
N层、所述Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层及所述In1‑
c
Al
c
N层中，各层中的Al组分含量分别沿外延方向递减，所述N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层中，Al组分含量沿外延方向递增。
[0008]在一些实施例中，所述Al
a
N层、所述Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层、所述In1‑
c
Al
c
N层及所述N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层中，各层之间的Al组分含量递减幅度i为0.01＜i≤0.1；所述Al
a
N层、所述Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层及所述In1‑
c
Al
c
N层中，各层中的Al组分含量的递减幅度j为0＜j≤0.01，所述N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层中，Al组分含量的递增幅度k为0＜k≤0.01。
[0009]在一些实施例中，所述Al
a
N层、所述Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层及所述In1‑
c
Al
c
N层的厚度依次
递减，且所述Al
a
N层的厚度为4nm~5nm，所述Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层的厚度为3nm~4nm，所述In1‑
c
Al
c
N层的厚度为2nm~3nm，所述N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层的厚度为2nm~5nm。
[0010]在一些实施例中，所述N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层的生长气氛为N2。
[0011]在一些实施例中，所述N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层包括周期性交替生长的N极性Al
d
GaN子层及N极性MgN子层，生长周期为3个~5个。
[0012]在一些实施例中，所述In1‑
c
Al
c
N层的生长压力高于所述Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层的生长压力。
[0013]其次，作为本专利技术的另一目的之一，本专利技术提供一种氮化镓发光二极管外延结构的制备方法，包括：提供衬底；在所述衬底上依次外延生长缓冲层、N型层、多量子阱层、势垒调配层及P型层；所述势垒调配层包括沿外延方向依次沉积的Al
a
N层、Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层、In1‑
c
Al
c
N层及N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层。
[0014]再者，作为本专利技术的另一目的之一，本专利技术提供一种LED，包括上述的氮化镓发光二极管外延结构。
[0015]本专利技术的有益效果在于：本专利技术中，在多量子阱层与P型层之间引入由多层材料层组成的势垒调配层，其中，通过Al
a
N层形成较高的势垒能级，阻挡电子的迁移，并保证势垒调配层具有较好的晶体质量，确保晶格间的适配应力所产生的应力场较小，从而可以提高空穴的有效注入；其次，Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层及In1‑
c
Al
c
N层引入In组分，降低势垒高度，与势垒高度较高的AlaN层相配合，减少电子溢流，降低了漏电通道，同时减少了空穴注入所需要的能量，增加了空穴注入；结合N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层，利用N极性特性，极化电场与外电场方向相同，极化场与外电场共同加速空穴向阱层的注入，载流子注入效率进一步的提高，增加了量子阱层的发光效率，同时，N极性Al
d
GaN/N极性Mg本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓发光二极管外延结构，包括依次设置的衬底、缓冲层、N型层、多量子阱层及P型层，其特征在于，所述多量子阱层与所述P型层之间设有势垒调配层，所述势垒调配层包括沿外延方向依次沉积的Al
a
N层、Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层、In1‑
c
Al
c
N层及N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层。2.根据权利要求1所述的氮化镓发光二极管外延结构，其特征在于，所述势垒调配层中，0＜d＜c＜b＜a＜1，0＜x＜1
‑
c＜1。3.根据权利要求2所述的氮化镓发光二极管外延结构，其特征在于，所述Al
a
N层、所述Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层及所述In1‑
c
Al
c
N层中，各层中的Al组分含量分别沿外延方向递减，所述N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层中，Al组分含量沿外延方向递增。4.根据权利要求3所述的氮化镓发光二极管外延结构，其特征在于，所述Al
a
N层、所述Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层、所述In1‑
c
Al
c
N层及所述N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层中，各层之间的Al组分含量递减幅度i为0.01＜i≤0.1；所述Al
a
N层、所述Al
b
In
x
Ga1‑
b
‑
x
N层及所述In1‑
c
Al
c
N层中，各层中的Al组分含量的递减幅度j为0＜j≤0.01，所述N极性Al
d
GaN/N极性MgN超晶格层中，Al组分含量的递增幅度k为0＜k≤0.01。5.根据权利要求1所述的氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文杰，程龙，高虹，刘春杨，胡加辉，金从龙，
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：