宝石衬底1、GaN缓冲层2、N型GaN导电层3、多量子阱有源区6和P型AlnGaN导电层7。
[0023]具有AlGaN导电层的发光二极管外延结构的制备方法步骤如下:
(I).将蓝宝石衬底放入金属有机化学气相化学沉积设备中，通入氢气，反应室温度升高到1300摄氏度，对衬底片进行高温清洗。
[0024](2).将反应室温度降低到1100度，通入氨气、氢气和三甲基镓，在步骤(I)所述的衬底上生长3um的非故意掺杂GaN缓冲层。
[0025](3).反应室通入硅烷、氨气、氢气和三甲基镓，在步骤(2)所述的GaN缓冲层上生长N型GaN导电层，厚度4um，掺杂浓度5 X 118Cm 3。
[0026](4).反应室温度保持1100摄氏度，通入硅烷、氨气、氮气、三甲基镓和三甲基铟，在步骤⑶所述的N型掺GaN导电层上生长GaN多量子阱势皇层。
[0027](5).反应室温度降低到700摄氏度度，通入氨气、氮气、三甲基镓和三甲基铟，在步骤(4)所述的InGaN多量子阱势皇层上生长InGaN多量子阱势阱层；
(6).循环重复如下步骤(a)、步骤(b)4次，得到InGaN/InGaN多量子阱有源区:
(a).将反应室温度升至1100摄氏度，继续生长GaN多量子阱势皇层；
(b).反应室温度降低到700摄氏度度，在步骤(a)所述的GaN多量子阱势皇层上生长InGaN多量子阱势阱层；
(7).反应室通入二茂镁、氨气、氮气三甲基镓和三甲基铝，温度提高到800摄氏度，在步骤(6)所述的有源区上生长P型AlGaN导电层。期间保持三甲基镓气流流量恒定，使三甲基铝气流流量随生长时间线性增长，使铝组分沿生长方向，从X线性递增到Y。厚度200nm,惨杂浓度 5X 1017cm-3o
[0028]本发明所述P型AlGaN导电层中，沿生长方向，与最后一个GaN多量子阱势皇的界面处的Al组分为X，且X彡0，P型AlGaN层另一界面处的Al组分为Y，且Y彡X彡0，中间部分Al组分呈线性递增变化。
[0029]图2为本发明和传统GaN LED的能带结构示意图，本发明LED的导带8 ;传统LED的导带9 ;传统LED的价带10 ;本发明LED的价带11。图3为本发明LED和传统LED在相同注入电流密度下的多量子阱有源区中的空穴浓度分布，在图3中，纵坐标为空穴密度，单位是10ls/cm3，横坐标是位置，单位是μπι。图4是本发明LED和传统LED在不同注入电流密度下的光功率曲线，在图4中，纵坐标为光功率，单位是mW，横坐标是注入电流密度，单位是 A/cm2 ο
[0030]可知，本发明直接使用AlGaN作为P型导电层，替代传统的在GaN量子阱势皇层上先后生长P型AlGaN电子阻挡层和P型GaN导电层的方法，可以避免在P型AlGaN电子阻挡层引起的阻挡空穴注入多量子阱有源区的势皇，提高空穴注入多量子阱有源区的效率，从而提高内量子效率。其次，P型AlGaN导电层中的Al组分沿生长方向逐渐由X提高到Y，可以使AlGaN层的晶格常数更接近GaN多量子阱势皇层的晶格常数，晶格失配度减小，减小GaN量子阱势皇层和AlGaN层界面处的极化电荷密度，降低量子阱的极化电场强度，减少能带弯曲，增强P型AlGaN导电层对电子溢出阻挡效果，并减弱对空穴注入的阻挡。采用本发明的方法，解决了传统方法由极化电场所引起的空穴注入效率低、阻挡电子溢出效果差的问题，有效地提高了 GaN紫外LED的空穴注入多量子阱有源区的效率，抑制电子溢出多量子讲有源区造成的电子泄露，从而提尚内量子效率，提尚光功率。
[0031]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种具有AlGaN导电层的发光二极管外延结构，其从下至上依次包括衬底、GaN缓冲层、N型GaN导电层、多量子阱有源区和P型导电层，其特征是所述P型导电层为含铝的AlGaN材料即P型AlGaN导电层，且P型AlGaN导电层中的Al组分沿生长方向线性递增。2.根据权利要求1所述的具有AlGaN导电层的发光二极管外延结构，其特征是:所述P型导电层是P型掺杂的AlGaN材料。3.根据权利要求1所述的具有AlGaN导电层的发光二极管外延结构，其特征是:所述P型导电层中，沿着生长方向，与多量子阱有源区接触的界面处的Al组分为X，且X多O，P型导电层一界面处的Al组分为Y，且Y多X ^ O，P型导电层中间部分的Al组分呈线性递增变化。4.如权利要求3所述的具有AlGaN导电层的发光二极管外延结构，其特征在于，所述P型AlGaN导电层中Al组分沿生长方向线性递增的生长方法如下: 反应室通入二茂镁、氨气、氮气、三甲基镓和三甲基铝，温度提高到800摄氏度，在有源区上生长P型AlGaN导电层，期间保持三甲基镓气流流量恒定，使三甲基铝气流流量随生长时间线性增长，使铝组分沿生长方向，从X线性递增到Y;厚度200 nm，掺杂浓度5X 117Cm 3O5.如权利要求1所述的具有AlGaN导电层的发光二极管外延结构，其特征在于，所述多量子阱有源区周期交替排列的InGaN多量子阱势阱层和InGaN多量子阱势皇层。6.制备权利要求1所述的具有AlGaN导电层的发光二极管外延结构的方法，其特征在于包括步骤如下: (1)将蓝宝石衬底放入金属有机化学气相化学沉积设备中，通入氢气，反应室温度升高到1300摄氏度，对衬底片进行高温清洗； (2)将反应室温度降低到1100度，通入氨气、氢气和三甲基镓，在步骤(I)所述的衬底上生长3um的非故意掺杂GaN缓冲层； (3)反应室通入硅烷、氨气、氢气和三甲基镓，在步骤(2)所述的GaN缓冲层上生长N型GaN导电层，厚度4um，掺杂浓度5 X 118Cm 3; (4)反应室温度保持1100摄氏度，通入硅烷、氨气、氮气、三甲基镓和三甲基铟，在步骤(3)所述的N型掺GaN导电层上生长GaN多量子阱势皇层； (5)反应室温度降低到700摄氏度度，通入氨气、氮气、三甲基镓和三甲基铟，在步骤(4)所述的InGaN多量子阱势皇层上生长InGaN多量子阱势阱层； (6)循环重复如下步骤(a)、步骤(b)4次，得到InGaN/InGaN多量子阱有源区: (a)将反应室温度升至1100摄氏度，继续生长GaN多量子阱势皇层； (b)反应室温度降低到700摄氏度度，在步骤(a)所述的GaN多量子阱势皇层上生长InGaN多量子阱势阱层； (7)反应室通入二茂镁、氨气、氮气、三甲基镓和三甲基铝，温度提高到800摄氏度，在步骤(6)所述的有源区上生长P型AlGaN导电层，期间保持三甲基镓气流流量恒定，使三甲基铝气流流量随生长时间线性增长，使铝组分沿生长方向，从X线性递增到Y，生长厚度为200 nm，惨杂浓度 5 X 1017cm 3。
【专利摘要】本发明公开具有AlGaN导电层的发光二极管外延结构及其制法。发光二极管外延结构包括衬底、GaN缓冲层、N型GaN导电层、多量子阱有源区和P型AlGaN导电层。P型导电层为含铝的AlGaN材料，且AlGaN层中的Al组分沿生长方向线性递增。本发明的P型AlGaN导电层可以避免在P型AlGaN电子阻挡层和P型GaN导电层引起的阻挡空穴注入多量子阱有源区的势垒，P型AlGaN导电层中的Al组分沿生长方向线性递增，可以减少极化电荷密度，降低量子阱的极化电场强度，减少能带弯曲，增强P型AlGaN导电层对电子溢出阻挡效果，并减弱对空穴注入的阻挡。
【IPC分类】H01L33/00, H01L33/06, H01L33/14
【公开号】CN105047776
【申请号】CN201510504606
【发明人】徐明升, 周泉斌, 王洪
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月15日