具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体发光器件技术领域，尤其涉及一种具有非对称超晶格层的GaN 基LED外延结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 发光二极管（Light-EmittingDiode，LED)是一种能发光的半导体电子元件。这种 电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本， 时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途 也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示 器、电视机采光装饰和照明。
[0003] 尽管高亮度LED芯片已经大规模商业化，其市场占有率也逐年增加。然而，其发光 效率会随着注入电流增加显著下降（即droop效应)，其物理机制较多，但漏电流效应是其中 的一个重要部分。在InGaN/GaNLED中，由于Mg的活化效率低，且空穴有效质量大导致空 穴的纵向迀移速度慢，而电子的纵向迀移速度快，很容易越过势皇从InGaN/GaN的有源层 逃逸到P型区，形成漏电流。采用AlGaN/GaN超晶格结构，由于AlGaN的带隙高，可有效抑 制电子的溢流。然而，其对空穴的活化以及横向扩展能力有阻碍，不利于提升LED的整体发 光效率。
[0004] 因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有非对称超晶格层的GaN基LED外延 结构及其制备方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构及其制备 方法。
[0006] 为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下： 一种具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构，所述GaN基LED外延结构从下向上 依次包括： 衬底； 位于衬底上的氮化物缓冲层； 位于氮化物缓冲层上的N型GaN层； 位于N型GaN层上的量子阱层； 位于量子阱层上的非对称超晶格层，所述非对称超晶格层为若干依次层叠的AlxInyGau_x_y)N/GaN超晶格层，一个AlxInyGau_x_y)N层和一个GaN层作为一个周期，不同周期 中AlxInyGaa_x_y)N层和GaN层的总厚度不变，AlxInyGau_x_y)N层的厚度随着周期数逐渐减小， GaN层的厚度随着周期数逐渐增大； 位于非对称超晶格层上的P型GaN层。
[0007] 作为本发明的进一步改进，所述非对称超晶格层包括3~30个周期。
[0008] 作为本发明的进一步改进，所述非对称超晶格层中所有AlxInyGau_x_y)N层的A1组 分x和In组分y是固定值，且x、y满足l，0<y< 1，0< (x+y) < 1。
[0009] 作为本发明的进一步改进，所述AlxInyGa(1_x_y)N层的厚度范围为0.5~19. 5nm，GaN 层的厚度范围为0. 5~19. 5nm，一个周期中AlxInyGau_x_y)N层和GaN层的两层厚度之和为 1~20nm〇
[0010] 作为本发明的进一步改进，所述非对称超晶格层中，不同周期中AlxInyGaa_x_ y)N层 的厚度随着周期数线性减小，不同周期中GaN层的厚度随着周期数线性增大。
[0011] 作为本发明的进一步改进，所述非对称超晶格层中的AlxInyGau_x_ y)N层和/或GaN 层为P型掺杂。
[0012] 作为本发明的进一步改进，所述非对称超晶格层中的AlxInyGau_x_y)N层和GaN层均 为p型惨杂，惨杂浓度为lE18atom/cm3~lE21atom/cm3。
[0013] 作为本发明的进一步改进，所述氮化物缓冲层为GaN缓冲层或A1N缓冲层。
[0014] 相应地，一种具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构的制备方法，所述方法包 括： 提供一衬底； 在衬底上生长氮化物缓冲层； 在氮化物缓冲层上生长N型GaN层； 在N型GaN层上生长量子阱层； 在量子阱层上生长非对称超晶格层，所述非对称超晶格层为若干依次层叠的AlxInyGau_x_y)N/GaN超晶格层，一个AlxInyGau_x_ y)N层和一个GaN层作为一个周期，不同周期 中AlxInyGaa_x_ y)N层和GaN层的总厚度不变，AlxInyGau_x_ y)N层的厚度随着周期数逐渐减小， GaN层的厚度随着周期数逐渐增大； 在非对称超晶格层上生长P型GaN层。
[0015] 作为本发明的进一步改进，所述非对称超晶格层的生长温度为600°C~100(TC，生 长压力为5〇~9〇〇mbar。
[0016] 本发明的有益效果是： 本发明采用非对称的AlxInyGaa_x_y)N/GaN超晶格层p型结构，可以有效阻挡电子向p型 区溢流，减少了电子与空穴产生非辐射复合，减轻了在高电流密度下的发光效率下降的问 题，同时减少对空穴纵向迀移的限制，提高了空穴的注入效率，厚度递变的AlxInyGau_x_ y)N 层还可以阶梯状地逐步帮助空穴横向扩展，提升LED器件的整体发光效率。
【附图说明】
[0017] 为了更清楚地说明本发明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 发明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。
[0018]图1为本发明GaN基LED外延结构的示意图。
【具体实施方式】
[0019] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实 施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护 的范围。
[0020] 参图1所示，本发明公开了一种具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构，从下 向上依次包括： 衬底10,衬底材料通常为蓝宝石衬底，也可以为其他衬底材料，如Si、SiC等； 位于衬底10上的氮化物缓冲层20,其中氮化物缓冲层为GaN缓冲层或A1N缓冲层。优 选地，GaN缓冲层还可以包括低温条件下生长的低温GaN缓冲层和高温条件下生长的高温 GaN缓冲层； 位于氮化物缓冲层20上的N型GaN层30 ; 位于N型GaN层30上的量子阱层40 ; 位于量子阱层40上的非对称超晶格层50 ; 位于非对称超晶格层50上的P型GaN层60。
[0021] 其中，非对称超晶格层为若干依次层叠的AlxInyGaa_x_y)N/GaN超晶格层，一个 AlxInyGa(1_x_y)N层51和一个GaN层52作为一个周期，优选地，本发明中超晶格层包括3~30 个周期。
[0022] 不同周期中AlxInyGa(1_x_ y)N层 51 和GaN层 52 的总厚度不变，AlxInyGa(1_x_ y)N层 51 的厚度随着周期数逐渐减小，GaN层52的厚度随着周期数逐渐增大。如AlxInyGau_x_y)N层 的厚度范围为〇. 5~19. 5nm，GaN层的厚度范围为0. 5~19. 5nm，一个周期中AlxInyGa(1_x_y)P'^ 和GaN层的两层厚度之和为l~20nm。
[0023] 优选地，AlxInyGau_x_y)N层的厚度随着周期数线性减小，GaN层的厚度随着周期数 线性增大，当然，AlxInyGau_x_y)N层和GaN层也可以随着周期数非线性减小或增大。
[0024] 进一步地，本发明非对称超晶格层50中所有AlxInyGaa_x_y)N层51的A1组分x和 In组分y是固定值，且x、y满足0彡x彡1，0彡y彡1，0彡（x+y)彡1。控制x、y的取值， 化合物AlxInyGa(1_x_ y)N可以为