LED外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种LED外延结构及其制备方法，该LED外延结构，包括衬底以及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、过渡层、n型半导体层、有源层和p型半导体层，其中：所述n型半导体层包括预设周期个n型掺杂GaN层/Er

【技术实现步骤摘要】
LED外延结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种LED外延结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]发光二极管(Light emitting diodes，LED)是一种电致发光器件，具有节能、环保、安全、寿命长、功耗低、亮度高、防水、微型、光束集中、维护简便等优点，被广泛应用在交通信号灯、路灯以及大面积显示等领域。
[0003]特别是氮化物材料的蓝光发光二极管，是现在白光固态照明发展的基础，更是目前研究的热点。现有的GaN基LED外延结构包括衬底、以及依次层叠在衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、有源层和p型GaN层。其中，n型GaN层和p型GaN层分别向有源层提供电子和空穴，电子和空穴在有源层中可复合产生光子。
[0004]然而，由于现今GaN基LED的n型GaN层的载子(电子)迁移速率和浓度一般约是p型GaN层载子(空穴)的10倍以上，当n型GaN层和p型GaN层分别向有源层提供电子和空穴时，会发生有源层中电子和空穴分布不均匀以及电子容易溢流出有源层的问题。其次，目前绝大多数的GaN基LED外延层都是依托在异质衬底上进行外延生长而实现，常用的异质衬底有蓝宝石衬底、碳化硅衬底和硅衬底，这些异质衬底与GaN外延层之间都会有较大的晶格失配，导致GaN外延层晶体缺陷密度大、质量差的问题，引发LED可靠性异常。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的是提出一种LED外延结构及其制备方法，以解决传统氮化镓基LED有源层中电子和空穴分布不均匀、电子容易溢流、外延层晶体密度大、质量差的问题。
[0006]本专利技术提出的一种LED外延结构，包括衬底以及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、过渡层、n型半导体层、有源层和p型半导体层，其中：
[0007]所述n型半导体层包括预设周期个n型掺杂GaN层/Er
a
Al
b
Ga1‑
a
‑
b
N层超晶格结构，每个超晶格结构中的Er组分浓度和Al组分浓度均沿远离所述过渡层的方向逐渐增大。
[0008]综上，根据上述的LED外延结构，在n型半导体层中加入ErAlGaN插入层，可以提高势垒高度，限制电子纵向移动，减少量子阱中的电子溢流，改善有源层中的电子空穴分布，提高电子空穴在有源层复合发光效率。其次ErAlGaN和GaN可实现晶格常数匹配和无应力变化材料生长，能够有效控制压电极化，减轻量子限制斯塔克效应，提高LED的发光效率。同时，设计ErAlGaN层相较于传统的AlGaN层可以带来更好的晶体质量，从而降低有源层的位错密度，减少非辐射复合中心和漏电通道，使LED器件具有更优越的性能及可靠性。此外，通过每个超晶格结构中的Er组分浓度和Al组分浓度均沿远离所述过渡层的方向逐渐增大，使得势垒高度由高到低，可以更有效的限制n型半导体层侧的电子向发光层方向移动，促进横向电流扩展，进一步改善有源层中的电子空穴分布，提高电子空穴在有源层复合发光效率，同时使得晶格常数由低到高，可以更好的匹配n型半导体层与有源层之间的晶格常数，实现良好的晶格过渡，减缓压电极化效应，提高大电流下的发光效率。
[0009]进一步地，在超晶格结构的Er
a
Al
b
Ga1‑
a
‑
b
N层中：
[0010]0＜a＜0.4，0＜b＜1，a+b≤1，a＜b。
[0011]进一步地，在超晶格结构的n型掺杂GaN层中：
[0012]所述n型掺杂GaN层的n型掺杂剂为Si，其Si的掺杂浓度为2
×
E
18
atoms/cm3‑5×
E
19
atoms/cm3。
[0013]进一步地，所述Er
a
Al
b
Ga1‑
a
‑
b
N层的厚度为10
‑
100nm，所述n型掺杂GaN层的厚度为5
‑
50nm。
[0014]进一步地，所述p型半导体层包括依次层叠的第一p型层、p型电子阻挡层、第二p型层和p型接触层，其中：
[0015]所述第一p型层的生长温度低于所述第二p型层的生长温度，所述第一p型层和所述第二p型层均为掺杂Mg的p型GaN层，所述p型电子阻挡层为AlGaN层，所述p型接触层为掺Mg的GaN层。
[0016]进一步地，所述第一p型层的Mg的掺杂浓度为5
×
E
19
atoms/cm3～2
×
E
20
atoms/cm3，所述第二p型层的Mg的掺杂浓度为3
×
E
18
atoms/cm3～2
×
E
19
atoms/cm3，所述P型接触层的Mg的掺杂浓度为2
×
E
20
atoms/cm3～1
×
E
22
atoms/cm3。
[0017]另一方面，本专利技术还提出一种LED外延结构的制备方法，用于制备上述的LED外延结构，所述制备方法包括：
[0018]提供一衬底，并在所述衬底上沉积缓冲层；
[0019]在所述缓冲层上沉积过渡层；
[0020]在所述过渡层上沉积n型半导体层，所述n型半导体层包括预设周期个n型掺杂GaN层/Er
a
Al
b
Ga1‑
a
‑
b
N层超晶格结构，每个超晶格结构中的Er组分浓度和Al组分浓度均沿远离所述过渡层的方向逐渐增大；
[0021]在所述n型半导体层上沉积有源层；
[0022]在所述有源层上沉积p型半导体层。
[0023]进一步地，在制备超晶格结构的n型掺杂GaN层的步骤中：
[0024]生长温度为1090～1120℃，生长压力为100
‑
500torr，氮源的流量为120～160slm，镓源的流量为1000～1500sccm。
[0025]进一步地，在制备超晶格结构中的Er
a
Al
b
Ga1‑
a
‑
b
N层的步骤中：
[0026]生长温度为1050～1100℃，生长压力为100
‑
500torr，氮源的流量为120～160slm；
[0027]镓源的流量为300～600sccm，且镓源流量的大小随时间的变化由高逐渐降低；
[0028]铝源的流量为100～500sccm，且Al源流量的大小随时间的变化由低逐渐升高；
[0029]铒源的流量为100
‑
600sccm，且铒源流量的大小随时间的变化由低逐渐升高。
[0030]进一步地，在制备p型半导体层的步骤中：
[0031]在所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LED外延结构，其特征在于，包括衬底以及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、过渡层、n型半导体层、有源层和p型半导体层，其中：所述n型半导体层包括预设周期个n型掺杂GaN层/Er
a
Al
b
Ga1‑
a
‑
b
N层超晶格结构，每个超晶格结构中的Er组分浓度和Al组分浓度均沿远离所述过渡层的方向逐渐增大。2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，在超晶格结构的Er
a
Al
b
Ga1‑
a
‑
b
N层中：0＜a＜0.4，0＜b＜1，a+b≤1，a＜b。3.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，在超晶格结构的n型掺杂GaN层中：所述n型掺杂GaN层的n型掺杂剂为Si，其Si的掺杂浓度为2
×
E
18
atoms/cm3‑5×
E
19 atoms/cm3。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的LED外延结构，其特征在于，所述Er
a
Al
b
Ga1‑
a
‑
b
N层的厚度为10
‑
100nm，所述n型掺杂GaN层的厚度为5
‑
50nm。5.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述p型半导体层包括依次层叠的第一p型层、p型电子阻挡层、第二p型层和p型接触层，其中：所述第一p型层的生长温度低于所述第二p型层的生长温度，所述第一p型层和所述第二p型层均为掺杂Mg的p型GaN层，所述p型电子阻挡层为AlGaN层，所述p型接触层为掺Mg的GaN层。6.根据权利要求5所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一p型层的Mg的掺杂浓度为5
×
E
19 atoms/cm3～2
×
E
20 atoms/cm3，所述第二p型层的Mg的掺杂浓度为3
×
E
18 atoms/cm3～2
×

【专利技术属性】
技术研发人员：陈万军，谢志文，张铭信，陈铭胜，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：