一种高空穴注入效率的LED外延结构制造技术

一种高空穴注入效率的LED外延结构，涉及发光二极管外延技术领域。本发明专利技术从下至上依次包括衬底、GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱、电子阻挡层、P型GaN层和P型接触层。其中多量子阱由InGaN层和GaN层构成。其结构特点是，所述电子阻挡层从下至上依次由p型AlxGa1‑xN层、AlN层和p型InyGa1‑yN层构成，其中0<x≤0.3、0<y≤0.2。所述电子阻挡层包括8‑12个生长周期，生长压力为100‑200Torr，在氮气环境中生长。本发明专利技术采用由p型AlxGa1‑xN层、AlN层和p型InyGa1‑yN超晶格层构成电子阻挡层，通过应变和减小合金散射来提高空穴浓度和迁移率，提升发光二级管的发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光二极管外延
，特别是高空穴注入效率的LED外延结构。
技术介绍
III-V族氮化物发光二极管具有高效、节能、环保、寿命长等优点，在固态照明领域有着重要的应用。随着III-V族氮化物发光二极管应用范围的增加，对发光二极管的光电特性的要求也越来越高。在现有技术中，由于极化效应、电子溢流造成的效率下降（EfficiencyDroop）现象，常用p型AlGaN作为电子阻挡层来减小电子溢流，提升亮度。但由于Mg在AlGaN的激活能高达150-250meV，使得在室温下的空穴浓度很低，只有少数的Mg可以被激活。随着Al浓度的增加，Mg在p型AlGaN电子阻挡层的激活能就越高，空穴浓度就越低，也越能阻挡空穴的注入，直接影响了发光二级管的发光效率。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种高空穴注入效率的LED外延结构。它采用由p型AlxGa1-xN层、AlN层和p型InyGa1-yN超晶格层构成电子阻挡层，通过应变和减小合金散射来提高空穴浓度和迁移率，提升发光二级管的发光效率。为了达到上述专利技术目的，本专利技术的技术方案以如下方式实现：一种高空穴注入效率的LED外延结构，从下至上依次包括衬底、GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱、电子阻挡层、P型GaN层和P型接触层。其中多量子阱由InGaN层和GaN层构成。其结构特点是，所述电子阻挡层从下至上依次由p型AlxGa1-xN层、AlN层和p型InyGa1-yN层构成，其中0<x≤0.3、0<y≤0.2。所述电子阻挡层包括8-12个生长周期，生长压力为100-200Torr，在氮气环境中生长。在上述LED外延结构中，所述p型AlxGa1-xN层的厚度为40-60埃，生长温度为900-1100℃。在上述LED外延结构中，所述AlN层的厚度为5-15埃，生长温度为900-1100℃。在上述LED外延结构中，所述p型InyGa1-yN层的厚度为20-40埃，生长温度为900-1100℃。在上述LED外延结构中，所述衬底为蓝宝石衬底、GaN衬底、Si衬底、SiC衬底或者LAO衬底中的任意一种。本专利技术由于采用了上述结构，即采用p型AlxGa1-xN层、AlN层和p型InyGa1-yN超晶格层作为电子阻挡层。通过AlN层提供的应变来增加空穴浓度，并且能够通过减小合金散射的方式来提高空穴迁移率，从而减小电子溢流，提升LED亮度。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式参看图1，本专利技术高空穴注入效率的LED外延结构从下至上依次包括衬底1、GaN缓冲层2、未掺杂GaN层3、N型GaN层4、多量子阱5、电子阻挡层6、P型GaN层7和P型接触层8。其中电子阻挡层6包括8-12生长周期，每一个周期从下至上依次包含p型AlxGa1-xN层9、AlN层10和p型InyGa1-yN层11，生长压力为100-200Torr，在氮气环境中生长。p型AlxGa1-xN层9的厚度为40-60埃，AlN层10的厚度为5-15埃，p型InyGa1-yN层11的厚度为20-40埃，生长温度为900-1100℃。本专利技术LED外延结构采用以下具体实施方式：实施例一：（1）将蓝宝石衬底1在1000℃下进行高温清洁处理，时间为10min，然后进行氮化处理。（2）将温度降低至500℃，生长GaN缓冲层2，厚度为100埃，压力为300Torr。（3）不通三甲基镓（TMGa），将温度升高至1000℃，对GaN缓冲层2进行退火处理，时间为3min，然后通入TMGa生长未掺杂GaN层3，厚度为1μm，压力为300Torr。（4）通入乙硅烷，温度为1000℃，生长N型GaN层4，厚度2μm，压力为100Torr。（5）N型GaN层4生长结束后，生长多量子阱5，多量子阱5由InGaN层13和GaN层12构成。GaN层12的生长温度为800℃，厚度为100埃，InGaN层13的生长温度为750℃，厚度为28埃，多量子阱5的生长压力为100Torr，多量子阱5的周期数为8，在氮气环境中生长。（6）多量子阱5生长结束后，温度升高至900℃，进行电子阻挡层6的生长，生长周期为8，生长压力为100Torr。其中，p型Al0.2Ga0.8N层9的厚度为40埃，AlN层10的厚度为5埃，p型In0.1Ga0.9N层11的厚度为20埃。（7）温度升高至1000℃，进行P型GaN层7的生长，生长压力为100Torr，厚度为200nm。（8）P型GaN层7生长结束后，生长P型接触层8，生长温度为700℃，厚度为10nm。（9）外延生长结束后，温度降至600℃，在纯氮条件下进行活化处理，时间持续10min，然后降至室温，最终得到LED外延片。实施例二：（1）将蓝宝石衬底1在1100℃下进行高温清洁处理，时间为20min，然后进行氮化处理。（2）将温度降低至600℃，生长GaN缓冲层2，厚度为200埃，压力为450Torr。（3）不通三甲基镓（TMGa），将温度升高至1100℃，对GaN缓冲层2进行退火处理，时间为4min，然后通入TMGa生长未掺杂GaN层3，厚度为1.5μm，压力为400Torr。（4）通入乙硅烷，温度为1100℃，生长N型GaN层4，厚度3μm，压力为200Torr。（5）N型GaN层4生长结束后，生长多量子阱5，多量子阱5由InGaN层13和GaN层12构成。GaN层12的生长温度为850℃，厚度为110埃，InGaN层13的生长温度为770℃，厚度为30埃，多量子阱的生长压力为150Torr，多量子阱的周期数为9，在氮气环境中生长。（6）多量子阱5生长结束后，温度升高至1000℃，进行电子阻挡层6的生长，生长周期为10，生长压力为150Torr。其中，p型Al0.25Ga0.75N层9的厚度为50埃，AlN层10的厚度为10埃，p型In0.15Ga0.85N层11的厚度为30埃。（7）温度升高至1100℃，进行P型GaN层7的生长，生长压力为200Torr，厚度为300nm。（8）P型GaN层7生长结束后，生长P型接触层8，生长温度为725℃，厚度为15nm。（9）外延生长结束后，温度降至700℃，在纯氮条件下进行活化处理，时间持续20min，然后降至室温，最终得到LED外延片。实施例三：（1）将蓝宝石衬底1在1200℃下进行高温清洁处理，时间为30min，然后进行氮化处理。（2）将温度降低至700℃，生长GaN缓冲层2，厚度为300埃，压力为600Torr。（3）不通三甲基镓（TMGa），将温度升高至1200℃，对GaN缓冲层2进行退火处理，时间为5min，然后通入TMGa生长未掺杂GaN层3，厚度为2μm，压力为500Torr。（4）通入乙硅烷，温度为1200℃，生长N型GaN层4，厚度4μm，压力为300Torr。（5）N型GaN层4生长结束后，生长多量子阱5，多量子阱5由InGaN层13和GaN层12构成。GaN层12的生长温度为900℃，厚度为120埃，InGaN层13的生长温度为790℃，厚度为32埃，多量子阱的生长压力为200Torr，多量子阱的周期数为10，在氮气环境中生长。（6）多量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高空穴注入效率的LED外延结构，从下至上依次包括衬底（1）、GaN缓冲层（2）、未掺杂GaN层（3）、N型GaN层（4）、多量子阱（5）、电子阻挡层（6）、P型GaN层（7）和P型接触层（8），其中多量子阱（5）由InGaN层（13）和GaN层（12）构成，其特征在于：所述电子阻挡层（6）从下至上依次由p型AlxGa1‑xN层（9）、AlN层（10）和p型InyGa1‑yN层（11）构成，其中0<x≤0.3、0<y≤0.2，所述电子阻挡层（6）包括8‑12个生长周期，生长压力为100‑200Torr，在氮气环境中生长。

【技术特征摘要】
1.一种高空穴注入效率的LED外延结构，从下至上依次包括衬底（1）、GaN缓冲层（2）、未掺杂GaN层（3）、N型GaN层（4）、多量子阱（5）、电子阻挡层（6）、P型GaN层（7）和P型接触层（8），其中多量子阱（5）由InGaN层（13）和GaN层（12）构成，其特征在于：所述电子阻挡层（6）从下至上依次由p型AlxGa1-xN层（9）、AlN层（10）和p型InyGa1-yN层（11）构成，其中0<x≤0.3、0<y≤0.2，所述电子阻挡层（6）包括8-12个生长周期，生长压力为100-200Torr，在氮气环境中生长。2.根据权利要求1所述的高空穴注...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑建钦，田宇，吴真龙，曾颀尧，赖志豪，林政志，
申请(专利权)人：南通同方半导体有限公司，同方股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32