一种低应力GaN基发光二极管外延片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低应力GaN基发光二极管外延片及其制备方法。所述外延片包括沿指定方向依次设置的衬底、低温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN层、n型GaN层、n型AlInN前势垒层、浅发光层、n型AlInN后势垒层、预发光层、多量子阱层发光层、低温p型GaN层、p型AlGaN电子阻挡层和高温p型GaN层，所述n型AlInN前势垒层至少用于阻挡电子向所述n型GaN层回流。本发明专利技术中的低应力GaN基发光二极管外延片，通过高低掺杂的AlInN前势垒层形成高的能垒，能够阻挡电子回流，形成电子有效注入，同时通过AlInN后势垒层实现发光层的晶格匹配，降低极化效应，增强辐射复合发光，提高二极管的发光效率。提高二极管的发光效率。提高二极管的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种低应力GaN基发光二极管外延片及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种低应力GaN基发光二极管外延片及其制备方法。

技术介绍

[0002]GaN基发光二极管是一种半导体发光器件，具有寿命长、能耗低、体积小、可靠性高等优点，在大屏幕彩色显示、交通信号灯和照明领域发挥了越来越重要的作用。
[0003]GaN基发光二极管一般是在蓝宝石衬底上生长外延层，现有的GaN基发光二极管的外延片包括在衬底上依次形成的低温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN层、n型GaN层、n型AlGaN层、低掺n型GaN层、FB1垒层、浅发光层、MidGaN垒层、预发光层、多量子阱发光层、低温pGaN层、p型AlGaN电子阻挡层、高温p型GaN层。一方面可以通过设置含Al材料的n型AlGaN层利用其高的能垒阻挡电子回流，提高辐射复合发光，但在n型AlGaN层上生长的外延层仍具有较大的晶格失配，造成多量子阱发光层生长应力较大，发光层外延材料晶体质量较差，同时较大的应力导致极化效应，多量子阱发光层的能带发生倾斜，电子和空穴在空间分离，辐射复合效率下降。
[0004]因此，如何提供可以一种应力低、发光效率高的GaN基发光二极管外延片，是一个急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种低应力GaN基发光二极管外延片及其制备方法，以克服现有技术的不足。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]本专利技术实施例提供了一种低应力GaN基发光二极管外延片，包括沿指定方向依次设置的n型GaN层、浅发光层、预发光层、多量子阱层发光层、低温p型GaN层、p型AlGaN电子阻挡层和高温p型GaN层，其中，所述n型GaN层与浅发光层之间还设置有n型AlInN前势垒层，所述n型AlInN前势垒层与n型GaN层晶格匹配，并至少用于阻挡电子向所述n型GaN层回流。
[0008]进一步的，所述AlInN前势垒层内部的掺杂元素含量沿指定方向降低。
[0009]在一些较为优选的实施方案中，所述n型AlInN前势垒层包括多个第一AlInN层，多个所述的第一AlInN层的掺杂浓度沿指定方向逐层降低。
[0010]在一些更为优选的实施方案中，多个所述的第一AlInN层的掺杂浓度沿指定方向逐层线性降低。
[0011]进一步的，至少一个所述的第一AlInN层具有第一掺杂浓度且所含的掺杂元素均匀分布。
[0012]进一步的，至少一个所述的第一AlInN层具有第二掺杂浓度且内部的掺杂元素含量沿指定方向线性递减。
[0013]更进一步的，所述第一掺杂浓度高于第二掺杂浓度。
[0014]进一步的，所述浅发光层与预发光层之间还设置有n型AlInN后势垒层，所述n型AlInN后势垒层包括多个第二AlInN层。
[0015]更进一步的，两个所述的第二AlInN层之间还分布有Al
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
N应力调控层，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1。
[0016]进一步的，所述的发光二极管外延片包括沿指定方向依次设置的衬底、低温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN层、n型GaN层、n型AlInN前势垒层、浅发光层、n型AlInN后势垒层、预发光层、多量子阱层发光层、低温p型GaN层、p型AlGaN电子阻挡层和高温p型GaN层。
[0017]本专利技术实施例还提供了一种低应力GaN基发光二极管外延片的制备方法，其包括：
[0018]在衬底上沿指定方向依次生长形成n型GaN层、n型AlInN前势垒层、浅发光层、预发光层、多量子阱层发光层、低温p型GaN层、p型A1GaN电子阻挡层和高温p型GaN层，使所述n型AlInN前势垒层内部的掺杂元素含量沿指定方向降低。
[0019]进一步的，所述制备方法还包括：在所述n型GaN层上依次形成多个第一AlInN层，多个所述的第一AlInN层构成所述n型AlInN前势垒层，且多个所述的第一AlInN层的掺杂浓度沿指定方向逐层降低，或者，多个所述的第一AlInN层的掺杂浓度沿指定方向逐层线性降低。
[0020]进一步的，所述制备方法还包括：
[0021]在第一温度条件下生长所述n型GaN层；
[0022]在第二温度条件下生长所述n型AlInN前势垒层；
[0023]其中，所述第一温度高于第二温度。
[0024]进一步的，所述制备方法还包括：
[0025]在浅发光层上生长n型AlInN后势垒层，之后在n型AlInN后势垒层上生长形成预发光层；
[0026]其中，所述n型AlInN后势垒层包括多个第二AlInN层。
[0027]进一步的，所述制备方法还包括：在两个第二AlInN层之间生长Al
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
N应力调控层，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0029]1)提供的一种低应力GaN基发光二极管外延片及其制备方法，在n型GaN层和浅发光层之间生长AlInN前势垒层，可以利用AlInN前势垒层的生长中断位错延伸，提高其后外延层生长晶体质量，降低发光层的非辐射复合，同时，对AlInN前势垒层进行高低掺杂设置，使其形成高的能垒，能够阻挡电子回流，使电子有效地注入发光层，大大提高二极管的发光效率。
[0030]2)提供的一种低应力GaN基发光二极管外延片及其制备方法，通过外延工艺控制AlInN前势垒层的In组分，形成与n型GaN层晶格匹配的AlInN插入层，降低其后浅发光层生长的应力，提高其晶体生长质量，同时，通过调控AlInN后势垒层的In组分、厚度来匹配发光层晶格常数，进而降低其后的预发光层、多量子阱层发光层的生长应力，降低极化效应，增强辐射复合发光。
[0031]3)提供的一种低应力GaN基发光二极管外延片及其制备方法，在AlInN后势垒层中设置应力调控层，可调控发光层翘曲，改善发光均匀性。
[0032]4)提供的一种低应力GaN基发光二极管外延片及其制备方法，外延结构简单，工艺
容易调整，光电性能稳定。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1是本专利技术一典型实施例中提供的一种低应力GaN基发光二极管外延片的结构示意图；
[0035]图2是本专利技术对比例1中提供的一种发光二极管外延片的结构示意图。
具体实施方式
[0036]鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低应力GaN基发光二极管外延片，包括沿指定方向依次设置的n型GaN层、浅发光层、预发光层、多量子阱层发光层、低温p型GaN层、p型AlGaN电子阻挡层和高温p型GaN层，其特征在于：所述n型GaN层与浅发光层之间还设置有n型AlInN前势垒层，所述n型AlInN前势垒层至少用于阻挡电子向所述n型GaN层回流。2.根据权利要求1所述的低应力GaN基发光二极管外延片，其特征在于：所述AlInN前势垒层内部的掺杂元素含量沿指定方向降低。3.根据权利要求1所述的低应力GaN基发光二极管外延片，其特征在于：所述n型AlInN前势垒层包括多个第一AlInN层，多个所述的第一AlInN层的掺杂浓度沿指定方向逐层降低；优选的，多个所述的第一AlInN层的掺杂浓度沿指定方向逐层线性降低。4.根据权利要求3所述的低应力GaN基发光二极管外延片，其特征在于：至少一个所述的第一AlInN层具有第一掺杂浓度且所含的掺杂元素均匀分布；和/或，至少一个所述的第一AlInN层具有第二掺杂浓度且内部的掺杂元素含量沿指定方向线性递减；所述第一掺杂浓度高于第二掺杂浓度。5.根据权利要求1所述的低应力GaN基发光二极管外延片，其特征在于：所述浅发光层与预发光层之间还设置有n型AlInN后势垒层，所述n型AlInN后势垒层包括多个第二AlInN层；和/或，两个所述的第二AlInN层之间还分布有Al
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
N应力调控层，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的低应力GaN基发光二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫其昂，王国斌，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：