一種led外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種LED外延結(jié)構(gòu)，自下而上依次包括：襯底、GaN成核層、GaN緩沖層、n型GaN層、有源層、p型GaN層以及p型接觸層；所述有源層具有由至少兩對(duì)MQW發(fā)光層組成，所述MQW發(fā)光層包括由AlGaN/n-GaN交替堆疊組成的超晶格量子壘層及由InGaN構(gòu)成的量子阱層。本實(shí)用新型的有益效果主要體現(xiàn)在：可有效提高M(jìn)QW晶格質(zhì)量，大幅增加有源層中每個(gè)量子阱的電子或空穴的俘獲幾率，有效降低器件Droop負(fù)效應(yīng)影響，提高LED器件的內(nèi)量子效率的目的，可很好的應(yīng)用在高功率器件中，并保持器件的高光效值。
【專利說明】—種LED外延結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種可應(yīng)用于高功率的器件上，且能保持器件高光效值的LED外延結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，商業(yè)化LED外延片壘晶多采用MOCVD方式制成。由于GaN材料具有寬帶隙，高電子遷移率，高熱導(dǎo)率，高硬度，高穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，較小的介電常數(shù)和耐高溫等一系列優(yōu)點(diǎn)，故其在商業(yè)化高亮度發(fā)光二極管及半導(dǎo)體激光器中有著廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和巨大的市場(chǎng)潛力。現(xiàn)有的被廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)一般包括:低溫GaN緩沖層，高溫GaN緩沖層，η型摻雜GaN層，MQff有源層，ρ型AlGaN電子阻擋層，ρ型摻雜GaN層，P型GaN接觸層構(gòu)成。其中，MQW有源層為GaN基LED外延層中的發(fā)光層，其晶格質(zhì)量的好壞和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)差異直接決定了該外延層的光電特性。
[0003]隨著LED在背光及照明市場(chǎng)滲透率的逐年上升，中高功率器件的應(yīng)用需求明顯增高。傳統(tǒng)的LED外延結(jié)構(gòu)中，通常采用InGaN/GaN(量子阱/量子壘)的MQW有源發(fā)光層結(jié)構(gòu)，InGaN/GaN基阱壘結(jié)構(gòu)，當(dāng)注入的電流密度較大時(shí)，LED的量子效率隨注入電流密度增大而下降的現(xiàn)象被稱為Droop效應(yīng)。Droop效應(yīng)的好壞直接決定LED外延器件在中高功率器件端的應(yīng)用范圍及普及程度，外延器件隨著注入電流密度增大而量子效率下跌的速率越慢，其在中高功率器件的應(yīng)用范圍越寬，市場(chǎng)潛力就越大；反之，其在中高功率器件的應(yīng)用范圍就會(huì)越窄，甚至失去未來的市場(chǎng)價(jià)值。
[0004]目前LED業(yè)界對(duì)Droop效應(yīng)的研究結(jié)果表明，引起Droop效應(yīng)的主因是由于電子在阱中分布的不平衡，造成阱中局部區(qū)域因填充了勢(shì)能越來越高的電子而溢出阱外，使量子阱內(nèi)量子效率降低，且器件的工作電流密度越高，電子溢出現(xiàn)象越明顯，Droop效應(yīng)越顯著，而電子溢出的本質(zhì)原因便是載流子在阱中分布不均衡。
[0005]為了進(jìn)一步提高LED器件在中高功率照明芯片上的普及應(yīng)用，人們提出了很多降低Droop效應(yīng)的技術(shù)方案及方法。例如，通過不斷優(yōu)化P型電子阻擋層，利用不同的Superlattice結(jié)構(gòu)，阻擋電子的溢流，降低量子講的Droop效應(yīng)。例如專利號(hào)為CN101027792的技術(shù)方案中，提出的P型AlInN電子阻擋層，雖然能有效阻擋電子向P型GaN層區(qū)溢流，但仍沒有有效降低器件在大電流密度下的Droop效應(yīng)，提升內(nèi)量子效率。再如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110082284.X的技術(shù)方案中，公開了一種采用AlInN量子壘抑制電子溢流，提高GaN基LED內(nèi)量子效率的LED結(jié)構(gòu)及其制備方法，在通用的InGaN/GaN阱壘基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在每個(gè)量子阱兩側(cè)或者一側(cè)分別加入比GaN壘帶隙寬度更大的AlInN材料，以提高有效勢(shì)壘高度，從而有效抑制量子阱內(nèi)載流子的溢出，達(dá)到提高載流子的注入效率及器件內(nèi)量子效率的目的。采用該方法制備的LED外延結(jié)構(gòu)器件，雖能有效降低Droop效應(yīng)，但由于其在每個(gè)量子阱對(duì)內(nèi)都引入高勢(shì)壘層，會(huì)導(dǎo)致其在高電流下，其正向電壓也較高，降低光效。實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于解決上述的技術(shù)問題，提供一種有效降低器件Droop負(fù)效應(yīng)影響的LED外延結(jié)構(gòu)。
[0007]本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]—種LED外延結(jié)構(gòu)，自下而上依次包括:襯底、GaN成核層、GaN緩沖層、η型GaN層、有源層、P型GaN層以及ρ型接觸層；所述有源層具有由至少兩對(duì)MQW發(fā)光層組成，所述MQW發(fā)光層包括由AlGaN/n-GaN交替堆疊組成的超晶格量子壘層及由InGaN構(gòu)成的量子阱層，所述AlGaN/n-GaN超晶格量子壘層對(duì)中Al組分值呈線性平穩(wěn)上升再線性平穩(wěn)下降趨勢(shì)，η型雜質(zhì)濃度值呈線性平穩(wěn)上升再線性平穩(wěn)下降趨勢(shì)。
[0009]優(yōu)選地，所述有源層中自第I對(duì)MQW發(fā)光層到第對(duì)MQW發(fā)光層時(shí)，所述Al組
分值及η型雜質(zhì)濃度值的變化趨勢(shì)呈線性遞增趨勢(shì)；自第對(duì)MQW發(fā)光層到第N對(duì)MQW



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發(fā)光層時(shí)，所述Al組分值及η型雜質(zhì)濃度值的變化趨勢(shì)呈線性遞減趨勢(shì)，其中N代表MQW發(fā)光層的總對(duì)數(shù)，所述發(fā)光層總對(duì)數(shù)為3-40對(duì)。
[0010]優(yōu)選地，所述超晶格量子壘層中AlGaN/n-GaN交替堆疊的對(duì)數(shù)大于I且小于等于100。
[0011]優(yōu)選地，所述襯底為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、鍺、氮化鎵、氮化鋁鎵或氮化鋁。
[0012]優(yōu)選地，所述超晶格量子壘層中n-GaN層的η型摻雜雜質(zhì)為Si元素；所述P型GaN層中P型摻雜雜質(zhì)為Mg元素。
[0013]優(yōu)選地，每對(duì)所述MQW發(fā)光層中AlGaN層Al組分變化范圍為0%_40%，n-GaN層η型雜質(zhì)濃度變化范圍為5 X IO16CnT3-1X 1019cm_3。
[0014]優(yōu)選地，每對(duì)所述MQW發(fā)光層中的AlGaN層厚度變化范圍為0.1nm至40nm，所述n-GaN層厚度變化化范圍為0.3nm至120nm。
[0015]優(yōu)選地，每對(duì)所述MQW發(fā)光層中的AlGaN與相應(yīng)的n-GaN層的厚度比例為1:5-1:1之間。
[0016]優(yōu)選地，所述LED外延結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于高功率發(fā)光器件。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果主要體現(xiàn)在:可有效提高M(jìn)QW晶格質(zhì)量，大幅增加有源層中每個(gè)量子阱的電子或空穴的俘獲幾率，有效降低器件Droop負(fù)效應(yīng)影響，提高LED器件的內(nèi)量子效率的目的，可很好的應(yīng)用在高功率器件中，并保持器件的高光效值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說明:
[0019]圖1:常規(guī)的LED外延結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2:本實(shí)用新型的LED外延結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3:傳統(tǒng)的LED結(jié)構(gòu)，具有重復(fù)周期的MQW結(jié)構(gòu)勢(shì)能變化示意圖。
[0022]圖4:本實(shí)施例1的LED結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的具有量子魚超晶格結(jié)構(gòu)勢(shì)能變化不意圖。
[0023]圖5:本實(shí)施例2的LED結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的具有量子魚超晶格結(jié)構(gòu)勢(shì)能變化不意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0024]本實(shí)用新型揭示了一種LED外延結(jié)構(gòu)，其外延結(jié)構(gòu)內(nèi)具有指數(shù)性的漸變關(guān)系的超晶格量子壘層結(jié)構(gòu)，與上下層InGaN量子阱結(jié)構(gòu)層能實(shí)現(xiàn)很好的銜接，不會(huì)因過多的結(jié)構(gòu)突變導(dǎo)致螺位錯(cuò)產(chǎn)生，也能很好地降低結(jié)構(gòu)缺陷密度，降低俄歇等非輻射復(fù)合幾率，大大提高了內(nèi)量子效率，通過調(diào)節(jié)各個(gè)超晶格量子壘對(duì)的Al組分的構(gòu)成比例，有效控制了 MQW壘的勢(shì)壘高度梯度的變化趨勢(shì)，有效抑制了量子阱內(nèi)的載流子溢出及器件在不同電流密度下PN結(jié)空泛區(qū)的結(jié)位移，有效降低了器件Droop效應(yīng)影響，位錯(cuò)缺陷密度小，光電性能佳，發(fā)光功率較高，應(yīng)用于在高功率器件上優(yōu)勢(shì)尤為明顯。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]常規(guī)的LED外延結(jié)構(gòu)如圖1所示，本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖2所示，具體是在藍(lán)寶石襯底上采用MOCVD方法生長(zhǎng)依次生長(zhǎng)GaN成核層、GaN緩沖層，η型GaN層，具有15對(duì)重復(fù)周期的MQW發(fā)光層，以及ρ型GaN層及ρ型接觸層。其中每對(duì)MQW發(fā)光層中AlGaN/n-GaN超晶格量子壘層對(duì)數(shù)為5對(duì)，5對(duì)超晶格量子壘層擁有相同的Al組分含量及相同η型摻雜濃度值，15對(duì)具有超晶格量子壘的MQW發(fā)光層總厚度為225nm，其中量子阱層總厚度為45nm，超晶格量子壘層總厚度180nm，每對(duì)AlGaN/n-GaN超晶格量子壘層總厚度為12nm，AlGaN層與n-GaN層厚度比例維持1:3，即每對(duì)AlGaN層總厚度為3nm，每對(duì)η-GaN層總厚度為9nm。
[0027]其次，設(shè)置第I對(duì)AlGaN/n-GaN超晶格量子壘層中，Al組分含量為10%，η型GaN層中η型雜質(zhì)濃度為5Χ 1016cm_3，設(shè)置第8對(duì)AlGaN/n-GaN超晶格量子壘層中，Al組分含量為40%，η型GaN層中η型雜質(zhì)濃度為2Χ 1018cnT3。
[0028]按照第I對(duì)MQW發(fā)光層到第
【權(quán)利要求】
1.一種LED外延結(jié)構(gòu)，自下而上依次包括:襯底、GaN成核層、GaN緩沖層、η型GaN層、有源層、P型GaN層以及P型接觸層；其特征在于:所述有源層具有由至少兩對(duì)MQW發(fā)光層組成，所述MQW發(fā)光層包括由AlGaN/n-GaN交替堆疊組成的超晶格量子壘層及由InGaN構(gòu)成的量子阱層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述發(fā)光層總對(duì)數(shù)為3-40對(duì)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述超晶格量子壘層中AlGaN/n-GaN交替堆疊的對(duì)數(shù)大于I且小于等于100。
4.如權(quán)利要求3所述的一種LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述襯底為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、鍺、氮化鎵、氮化鋁鎵或氮化鋁。
5.如權(quán)利要求4所述的一種LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:每對(duì)所述MQW發(fā)光層中的AlGaN層厚度變化范圍為0.1nm至40nm，所述η-GaN層厚度變化化范圍為0.3nm至120nm。
6.如權(quán)利要求5所述的一種LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:每對(duì)所述MQW發(fā)光層中的AlGaN與相應(yīng)的n-GaN層的厚度比例為1:5-1:1之間。
【文檔編號(hào)】H01L33/32GK203617330SQ201320797641
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】南琦, 吳岳 申請(qǐng)人:蘇州新納晶光電有限公司