外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及发光二极管制造领域，公开了一种外延结构及其制备方法，该外延结构包括衬底及依次层叠设置在所述衬底上的低温GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层及P型GaN层，所述有源层包括依次层叠的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，在所述第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层中，In浓度和Al浓度均交替震荡。本发明专利技术由于有源层中的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层中的In浓度和Al浓度均交替震荡，使得小电流漏电得到改善，同时LED器件辐射复合效率上升，进而光效提升。进而光效提升。进而光效提升。

【技术实现步骤摘要】
外延结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及发光二极管制造领域，特别涉及一种外延结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]发光二极管是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管，具有体积小、寿命长、功耗低等优点，目前被广泛应用于汽车信号灯、交通信号灯、显示屏以及照明设备。外延片是制作发光二极管的基础结构，外延片的结构包括衬底及在衬底上生长出的外延层。其中，外延层的结构主要包括：依次生长在衬底上的低温GaN缓冲层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层及P型GaN层。
[0003]传统外延片中，通常有源层量子阱为In/Al元素同步震荡层和In/Al元素非同步震荡层组合而成，其中发光层为In/Al元素同步震荡层，应力过渡层为In/Al元素非同步震荡层。由于有源层中的电子的移动速度快于有源层中的空穴的移动速度，因此在这种有源层结构中，来自P型GaN层的空穴在通过电子阻挡层进入有源层时，来自N型GaN层的电子已经在有源层中移动到靠近电子阻挡层的量子阱中。这些集中在靠近电子阻挡层的量子阱中的电子与进入有源层的空穴在靠近电子阻挡层的量子阱中进行复合发光，使得来自P型GaN层的空穴无法深入到有源层中与电子进行复合发光。有源层中进行复合发光的区域集中在靠近电子阻挡层的个别量子阱中，有源层的量子阱没有被充分利用，发光二极管的发光效率较低。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种外延结构及其制备方法，该外延结构能够有效提高发光二极管的发光效率。
[0005]技术方案：本专利技术提供了一种外延结构，包括衬底及依次层叠设置在所述衬底上的低温GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层及P型GaN层，所述有源层包括依次层叠的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，在所述第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层中，In浓度和Al浓度均交替震荡。
[0006]优选地，在所述第一超晶格层中，Al浓度在2E18~5E19 atoms/cm3范围内震荡；和/或，In浓度在1E19~4E20 atoms/cm3范围内震荡。
[0007]优选地，在所述第二超晶格层中，Al浓度在1E19~5E19 atoms/cm3范围内震荡；和/或，In浓度在2E19~6E20 atoms/cm3范围内震荡。
[0008]优选地，在所述第三超晶格层中，Al浓度在1E19~5E19 atoms/cm3范围内震荡；和/或，In浓度在2E19~6E20 atoms/cm3范围内震荡。
[0009]优选地，第一超晶格层中Al浓度的振幅较第二超晶格层中Al浓度的振幅宽，第二超晶格层中Al浓度的振幅较第三超晶格层中Al浓度的振幅宽。这样更有利于晶格常数的匹配和应力的释放。
[0010]优选地，所述第一超晶格层包括交替层叠的多个InGaN阱层和多个Al
x
Ga1‑
x
N垒层，
所述第二超晶格层包括交替层叠的多个InGaN阱层和多个Al
y
Ga1‑
y
N垒层，所述第三超晶格层包括交替层叠的多个InGaN阱层和多个Al
z
Ga1‑
z
N垒层，其中，0＜x＜y＜z＜1。
[0011]优选地，0.01＜x＜0.03，0.03＜y＜0.05， 0.05＜z＜0.08。
[0012]优选地，所述第一超晶格层中Al
x
Ga1‑
x
N垒层的数量小于或等于所述第二超晶格层中Al
y
Ga1‑
y
N垒层的数量；所述第二超晶格层中Al
y
Ga1‑
y
N垒层的数量小于或等于所述第三超晶格层中Al
z
Ga1‑
z
N垒层的数量。因电子迁移速率远大于空穴迁移速率，所以通过在第一、第二以及第三超晶格垒层中掺入少量的Al可以适当的降低电子的迁移速率，这样可以为空穴注入到更深的有源区争取时间，从而增加了有源区中与电子复合的空穴数量，进而提升了发光二极管的发光效率。
[0013]优选地，所述Al
x
Ga1‑
x
N垒层中的Al组分含量低于Al
y
Ga1‑
y
N垒层中Al组分的含量，Al
y
Ga1‑
y
N垒层中Al组分的含量低于Al
z
Ga1‑
z
N垒层中Al组分的含量。
[0014]优选地，所述第一超晶格层中InGaN阱层中的In组分含量不高于第二超晶格层中InGaN阱层中的In组分含量，所述第二超晶格层中InGaN阱层中的In组分含量不高于第三超晶格层中InGaN阱层中的In组分含量，这样设计更有利于应力的充分释放，且使得电子和空穴更均匀的分布在有源区，提升发光二极管的发光效率。
[0015]优选地，所述第一超晶格层的周期数1~30；单一周期中InGaN的厚度为10~50
ꢀÅ
，Al
x
Ga1‑
x
N的厚度为50~150
ꢀÅ
；和/或，所述第二超晶格层的周期数1~30；单一周期中InGaN的厚度为10~50
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，Al
y
Ga1‑
y
N的厚度为50~150
ꢀÅ
；和/或，所述第三超晶格层的周期数1~30；单一周期中InGaN的厚度为10~50
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，Al
z
Ga1‑
z
N的厚度为50~150
ꢀÅ
。
[0016]本专利技术还提供了一种外延结构的制备方法，所述制备方法包括：提供一衬底；在所述衬底上生长低温GaN缓冲层；在所述低温GaN缓冲层上生长未掺杂GaN层；在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；在所述N型GaN层上生长有源层；在所述有源层上生长电子阻挡层；在所述电子阻挡层上生长P型GaN层；其中，所述有源层包括依次层叠的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层，在所述第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层中，In浓度和Al浓度均交替震荡。
[0017]有益效果：本专利技术由于有源层中的第一超晶格层、第二超晶格层和第三超晶格层中的In浓度和Al浓度均交替震荡，由于Al只通在GaN的垒层，InGaN层不通Al,故呈现为In/Al交替震荡，因电子迁移速率远大于空穴迁移速率，所以通过在第一、第二以及第三超晶格垒层中掺入少量的Al可以适当的降低电子的迁移速率，这样可以为空穴注入到更深的有源区争取时间，从而增加了有源区中与电子复合的空穴数量，同时使得小电流漏电得到改善，同时LED器件辐射复合效率上升，进而光效提升。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施方式1中制得的LED外延结构示意图；图2为本专利技术实施方式1中制得的LED外延结构中的第一超晶格层的结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外延结构，包括衬底（1）及依次层叠设置在所述衬底（1）上的低温GaN缓冲层（2）、未掺杂GaN层（3）、N型GaN层（4）、有源层（5）、电子阻挡层（6）及P型GaN层（7），所述有源层（5）包括依次层叠的第一超晶格层（51）、第二超晶格层（52）和第三超晶格层（53），其特征在于，在所述第一超晶格层（51）、第二超晶格层（52）和第三超晶格层（53）中，In浓度和Al浓度均交替震荡。2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述第一超晶格层（51）包括交替层叠的多个InGaN阱层和多个Al
x
Ga1‑
x
N垒层，所述第二超晶格层（52）包括交替层叠的多个InGaN阱层和多个Al
y
Ga1‑
y
N垒层，所述第三超晶格层（53）包括交替层叠的多个InGaN阱层和多个Al
z
Ga1‑
z
N垒层，其中，0＜x＜y＜z＜1。3.根据权利要求2所述的外延结构，其特征在于，所述第一超晶格层（51）中Al
x
Ga1‑
x
N垒层的数量小于或等于所述第二超晶格层（52）中Al
y
Ga1‑
y
N垒层的数量；所述第二超晶格层（52）中Al
y
Ga1‑
y
N垒层的数量小于或等于所述第三超晶格层（53）中Al
z
Ga1‑
z
N垒层的数量。4.根据权利要求2所述的外延结构，其特征在于，所述第一超晶格层（51）中Al
x
Ga1‑
x
N垒层中的Al组分含量低于第二超晶格层（52）中Al
y
Ga1‑
y
N垒层中的Al组分含量，所述第二超晶格层（52）中Al
y
Ga1‑
y
N垒层中的Al组分含量低于第三超晶格层（53）中Al
z
Ga1‑
z
N垒层中的Al组分含量。5. 根据权利要求4所述的外延结构，其特征在于，在所述第一超晶格层（51）中，Al
x
Ga1‑
x
N垒层中的Al浓度在1E18~1E19 atoms/cm3范围内震荡；和/或，在所述第二超晶格层（52）中，Al
y
Ga1‑
y
N垒层中的Al浓度在5E18~2E19 atoms/cm3范围内震荡；和/或，在所述第三超晶格层（53）...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄理承，宋长伟，祝光辉，郭园，芦玲，
申请(专利权)人：淮安澳洋顺昌光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：