具有非對稱超晶格層的GaN基LED外延結構及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導體發(fā)光器件技術領域，尤其涉及一種具有非對稱超晶格層的GaN 基LED外延結構及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 發(fā)光二極管（Light-EmittingDiode，LED)是一種能發(fā)光的半導體電子元件。這種 電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本， 時至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當?shù)墓舛取６猛?也由初時作為指示燈、顯示板等；隨著技術的不斷進步，發(fā)光二極管已被廣泛的應用于顯示 器、電視機采光裝飾和照明。
[0003] 盡管高亮度LED芯片已經(jīng)大規(guī)模商業(yè)化，其市場占有率也逐年增加。然而，其發(fā)光 效率會隨著注入電流增加顯著下降（即droop效應)，其物理機制較多，但漏電流效應是其中 的一個重要部分。在InGaN/GaNLED中，由于Mg的活化效率低，且空穴有效質(zhì)量大導致空 穴的縱向迀移速度慢，而電子的縱向迀移速度快，很容易越過勢皇從InGaN/GaN的有源層 逃逸到P型區(qū)，形成漏電流。采用AlGaN/GaN超晶格結構，由于AlGaN的帶隙高，可有效抑 制電子的溢流。然而，其對空穴的活化以及橫向擴展能力有阻礙，不利于提升LED的整體發(fā) 光效率。
[0004] 因此，針對上述技術問題，有必要提供一種具有非對稱超晶格層的GaN基LED外延 結構及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有非對稱超晶格層的GaN基LED外延結構及其制備 方法。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供的技術方案如下： 一種具有非對稱超晶格層的GaN基LED外延結構，所述GaN基LED外延結構從下向上 依次包括： 襯底； 位于襯底上的氮化物緩沖層； 位于氮化物緩沖層上的N型GaN層； 位于N型GaN層上的量子阱層； 位于量子阱層上的非對稱超晶格層，所述非對稱超晶格層為若干依次層疊的AlxInyGau_x_y)N/GaN超晶格層，一個AlxInyGau_x_y)N層和一個GaN層作為一個周期，不同周期 中AlxInyGaa_x_y)N層和GaN層的總厚度不變，AlxInyGau_x_y)N層的厚度隨著周期數(shù)逐漸減小， GaN層的厚度隨著周期數(shù)逐漸增大； 位于非對稱超晶格層上的P型GaN層。
[0007] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述非對稱超晶格層包括3~30個周期。
[0008] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述非對稱超晶格層中所有AlxInyGau_x_y)N層的A1組 分x和In組分y是固定值，且x、y滿足l，0<y< 1，0< (x+y) < 1。
[0009] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述AlxInyGa(1_x_y)N層的厚度范圍為0.5~19. 5nm，GaN 層的厚度范圍為0. 5~19. 5nm，一個周期中AlxInyGau_x_y)N層和GaN層的兩層厚度之和為 1~20nm〇
[0010] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述非對稱超晶格層中，不同周期中AlxInyGaa_x_ y)N層 的厚度隨著周期數(shù)線性減小，不同周期中GaN層的厚度隨著周期數(shù)線性增大。
[0011] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述非對稱超晶格層中的AlxInyGau_x_ y)N層和/或GaN 層為P型摻雜。
[0012] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述非對稱超晶格層中的AlxInyGau_x_y)N層和GaN層均 為p型慘雜，慘雜濃度為lE18atom/cm3~lE21atom/cm3。
[0013] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述氮化物緩沖層為GaN緩沖層或A1N緩沖層。
[0014] 相應地，一種具有非對稱超晶格層的GaN基LED外延結構的制備方法，所述方法包 括： 提供一襯底； 在襯底上生長氮化物緩沖層； 在氮化物緩沖層上生長N型GaN層； 在N型GaN層上生長量子阱層； 在量子阱層上生長非對稱超晶格層，所述非對稱超晶格層為若干依次層疊的AlxInyGau_x_y)N/GaN超晶格層，一個AlxInyGau_x_ y)N層和一個GaN層作為一個周期，不同周期 中AlxInyGaa_x_ y)N層和GaN層的總厚度不變，AlxInyGau_x_ y)N層的厚度隨著周期數(shù)逐漸減小， GaN層的厚度隨著周期數(shù)逐漸增大； 在非對稱超晶格層上生長P型GaN層。
[0015] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述非對稱超晶格層的生長溫度為600°C~100(TC，生 長壓力為5〇~9〇〇mbar。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明采用非對稱的AlxInyGaa_x_y)N/GaN超晶格層p型結構，可以有效阻擋電子向p型 區(qū)溢流，減少了電子與空穴產(chǎn)生非輻射復合，減輕了在高電流密度下的發(fā)光效率下降的問 題，同時減少對空穴縱向迀移的限制，提高了空穴的注入效率，厚度遞變的AlxInyGau_x_ y)N 層還可以階梯狀地逐步幫助空穴橫向擴展，提升LED器件的整體發(fā)光效率。
【附圖說明】
[0017] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下， 還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本發(fā)明GaN基LED外延結構的示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術方案，下面將結合本發(fā)明實 施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護 的范圍。
[0020] 參圖1所示，本發(fā)明公開了一種具有非對稱超晶格層的GaN基LED外延結構，從下 向上依次包括： 襯底10,襯底材料通常為藍寶石襯底，也可以為其他襯底材料，如Si、SiC等； 位于襯底10上的氮化物緩沖層20,其中氮化物緩沖層為GaN緩沖層或A1N緩沖層。優(yōu) 選地，GaN緩沖層還可以包括低溫條件下生長的低溫GaN緩沖層和高溫條件下生長的高溫 GaN緩沖層； 位于氮化物緩沖層20上的N型GaN層30 ; 位于N型GaN層30上的量子阱層40 ; 位于量子阱層40上的非對稱超晶格層50 ; 位于非對稱超晶格層50上的P型GaN層60。
[0021] 其中，非對稱超晶格層為若干依次層疊的AlxInyGaa_x_y)N/GaN超晶格層，一個 AlxInyGa(1_x_y)N層51和一個GaN層52作為一個周期，優(yōu)選地，本發(fā)明中超晶格層包括3~30 個周期。
[0022] 不同周期中AlxInyGa(1_x_ y)N層 51 和GaN層 52 的總厚度不變，AlxInyGa(1_x_ y)N層 51 的厚度隨著周期數(shù)逐漸減小，GaN層52的厚度隨著周期數(shù)逐漸增大。如AlxInyGau_x_y)N層 的厚度范圍為〇. 5~19. 5nm，GaN層的厚度范圍為0. 5~19. 5nm，一個周期中AlxInyGa(1_x_y)P'^ 和GaN層的兩層厚度之和為l~20nm。
[0023] 優(yōu)選地，AlxInyGau_x_y)N層的厚度隨著周期數(shù)線性減小，GaN層的厚度隨著周期數(shù) 線性增大，當然，AlxInyGau_x_y)N層和GaN層也可以隨著周期數(shù)非線性減小或增大。
[0024] 進一步地，本發(fā)明非對稱超晶格層50中所有AlxInyGaa_x_y)N層51的A1組分x和 In組分y是固定值，且x、y滿足0彡x彡1，0彡y彡1，0彡（x+y)彡1?？刂苮、y的取值， 化合物AlxInyGa(1_x_ y)N可以為