宽频谱GaN基LED外延结构及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种宽频谱GaN基LED外延结构及其制造方法，所述LED外延结构依次包括衬底及位于衬底上的n型GaN层、应力释放层、超晶格多量子阱发光层、p型AlGaN电子阻挡层和p型GaN层，所述超晶格多量子阱发光层的包括至少两层多量子阱发光层，不同的多量子阱发光层的半宽HW不同，每层多量子阱发光层由若干对InGaN层与GaN层依次堆叠组成。本发明中超晶格多量子阱发光层包括半宽HW不同的多层多量子阱发光层，可以达到宽频谱的效果，超晶格多量子阱发光层半宽HW可控制在40~60nm之间；还可根据实际应用调整频谱范围，在育林、养鱼等产业有着广泛的应用。
【专利说明】
宽频谱GaN基LED外延结构及其制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及LED技术领域，尤其涉及一种宽频谱GaN基LED外延结构及其制造方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light-Emitting D1de，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]发展和推广绿色能源绿色食品，是二十一世纪市场食品市场的主旋律。绿色蔬菜、粮食和食品应该出自最佳生态环境，保证无污染、安全、优质、营养的特性，而其中尤以减少农药残留量或无农药残留为环保、绿色的首要必备条件。为了解决这一现状，全国各地也相继使用种类繁多的杀虫灯具，但大多数杀虫灯光波频谱窄、诱虫效果差等缺点，同时灯具功耗大、寿命短，且维修频繁。
[0004]有鉴于此，为了解决上述技术问题，有必要提供一种宽频谱GaN基LED外延结构及其制造方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种宽频谱GaN基LED外延结构及其制造方法，可以得到较宽的频谱范围。
[0006]为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下:
一种宽频谱GaN基LED外延结构，所述LED外延结构依次包括衬底及位于衬底上的η型GaN层、应力释放层、超晶格多量子阱发光层、P型AlGaN电子阻挡层和P型GaN层，所述超晶格多量子阱发光层的包括至少两层多量子阱发光层，不同的多量子阱发光层的半宽HW不同，每层多量子阱发光层由若干对InGaN层与GaN层依次堆叠组成。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述超晶格多量子阱发光层包括2?10层多量子阱发光层。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述多量子阱发光层由2~8对11^&~层与GaN层依次堆叠组成。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述多量子阱发光层中每对InGaN层与GaN层的总厚度为6?16nm，每层InGaN层的厚度为2?6nm，每层GaN层的厚度为4?13nm，InGaN层中In组份含量为10%?30%。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述超晶格多量子阱发光层包括5层多量子阱发光层，超晶格多量子阱发光层的半宽Hff为40?60nm。
[0011 ]相应地，一种宽频谱GaN基LED外延结构的制造方法，所述制造方法包括以下步骤:
S1、将衬底放置在MOCVD反应室中的载盘上，在1050?1100°C下进行表面清洁处理； 52、1000?1200°C条件下，在衬底上生长η型GaN层；
53、800-820°C条件下，在η型GaN层上生长应力释放层；
54、760?800°C条件下，在应力释放层上依次生长InGaN层与GaN层，形成多量子阱发光层，重复生长至少两层多量子阱发光层，形成超晶格多量子阱发光层，其中，每层多量子阱发光层的生长温度差异为5?20°C ;
55、750?900°C条件下，在超晶格多量子阱发光层上生长p型AlGaN电子阻挡层；
56、800-1000°C条件下，在P型AlGaN电子阻挡层上生长P型GaN层。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中，超晶格多量子阱发光层由2?10层依次生长的多量子阱发光层。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中，每层多量子阱发光层由2?8对依次生长的InGaN层与GaN层形成。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中，多量子阱发光层中每对InGaN层与GaN层的总厚度为6?16nm，每层InGaN层的厚度为2?6nm，每层GaN层的厚度为4?HnnuInGaP^*In组份含量控制为10%?30%。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中，超晶格多量子阱发光层中每层多量子阱发光层的生长温度为从衬底方向向上逐渐升高或降低5?20°C。
[0016]与现有技术相比，本发明超晶格多量子阱发光层包括半宽HW不同的多层多量子阱发光层，可以达到宽频谱的效果，超晶格多量子阱发光层半宽HW可控制在40?60nm之间；还可根据实际应用调整频谱范围，在育林、养鱼等产业有着广泛的应用。
【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为本发明宽频谱GaN基LED外延结构的结构示意图；
图2为本发明超晶格多量子阱发光层中多量子阱发光层的结构示意图；
图3为本发明一【具体实施方式】中宽频谱GaN基LED外延结构的结构示意图。
【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，本发明中公开了一种宽频谱GaN基LED外延结构，该LED外延结构依次包括衬底10及位于衬底上的η型GaN层20、应力释放层30、超晶格多量子阱发光层40、p型AlGaN电子阻挡层50和P型GaN层60。
[0021]其中，超晶格多量子阱发光层40的包括至少两层多量子阱发光层，不同的多量子阱发光层的半宽HW(正常工作时的发光峰半宽值)不同，每层多量子阱发光层由若干对InGaN层与GaN层依次堆叠组成。
[0022]优选地，本发明中的衬底10可以是蓝宝石、S1、SiC、GaN、ZnO等。
[0023]进一步地，本发明中的超晶格多量子阱发光层40包括2?10层多量子阱发光层，结合图2所示，每层多量子阱发光层由2?8对InGaN层与GaN层依次堆叠组成，每对InGaN层与GaN层的厚度为6?16nm，InGaN层中In组份含量为10%?30%，以保证超晶格多量子阱发光层的半宽Hff为40?60nmo
[0024]相应地，本发明还公开了一种宽频谱GaN基LED外延结构的制造方法，包括以下步骤:
51、将衬底放置在MOCVD反应室中的载盘上，在1050?1100°C下进行表面清洁处理；
52、1000?1200°C条件下，在衬底上生长η型GaN层；
53、800-820°C条件下，在η型GaN层上生长应力释放层；
54、760?800°C条件下，在应力释放层上依次生长InGaN层与GaN层，形成多量子阱发光层，重复生长至少两层多量子阱发光层，形成超晶格多量子阱发光层，其中，每层多量子阱发光层的生长温度差异为5?20°C ;
55、750?900°C条件下，在超晶格多量子阱发光层上生长p型AlGaN电子阻挡层；
56、800-1000°C条件下，在P型AlGaN电子阻挡层上生长P型GaN层。
[0025]优选地，步骤S4中，超晶格多量子阱发光层由2?10层依次生长的多量子阱发光层，每层多量子阱发光层由2?8对依次生长的InGaN层与GaN层形成。
[0026]进一步地，步骤S4中，超晶格多量子阱发光层中每层多量子阱发光层的生长温度为从衬底方向向上逐渐升高或降低5?20°C。
[0027]以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0028]参图3所示，本发明一具体实施例中的宽频谱GaN基LED外延结构，该LED外延结构依次包括衬底10及位于衬底上的η型GaN层20、应力释放层30、超晶格多量子阱发光层40、p型AlGaN电子阻挡层50和P型GaN层60，在衬底10与η型GaN层20之间还形成有GaN成核层70、GaN缓冲层80及非掺杂U-GaN层90。
[0029]其中，衬底10为蓝宝石衬底，超晶格多量子阱发光层40的包括至少5层多量子阱发光层，不同的多量子讲发光层的半宽Hff不同，每层多量子讲发光层由5对InGaN层与GaN层依次堆叠组成。
[0030]进一步地，每对InGaN层与GaN层的总厚度为6?16nm，每层InGaN层的厚度为2?6nm，每层GaN层的厚度为4?13nm，InGaN层中In组份含量为10%?30%，以保证超晶格多量子阱发光层的半宽Hff为40?60nm ο
[0031 ]本实施方式中宽频谱GaN基LED外延结构的制造方法具体如下:
1、将蓝宝石衬底放置在MOCVD反应室中的石墨盘上，在氢气气氛里进行退火，清洁蓝宝石衬底表面，温度控制在1050?1100°C之间，然后进行氮化处理I?3min;
2、将温度下降到500?550°C之间，生长15-25nm厚的GaN成核层，生长压力控制在500Torr，V/m摩尔比在80?120之间，石墨盘转速稳定在600转/分钟，TMGa作为Ga源；
3、GaN成核层生长结束后，进行原位退火处理，生长厚度为0.5?Ium的GaN缓冲层；
4、GaN缓冲层生长结束后，生长一层非掺杂U-GaN层； 5、1000?1200°C条件下，在衬底上生长η型GaN层；
6、800-820°C条件下，在η型GaN层上生长应力释放层。该层生长温度800?820V，通过低温生长形成3维结构，从而使得电流路径得以改变，达到更好的电流分布效果；
7、760?800°C条件下，在应力释放层上依次生长5对InGaN层与GaN层，形成多量子阱发光层，重复生长5层多量子阱发光层，形成超晶格多量子阱发光层，其中，每层多量子阱发光层的生长温度差异为5?20°C，每对InGaN层与GaN层的总厚度为6?16nm，每层InGaN层的厚度为2?6nm，每层GaN层的厚度为4?13nm，InGaN层中In组份含量为10%?30%，以保证超晶格多量子阱发光层的半宽Hff为40?60nm;
8、750?900°C条件下，在超晶格多量子阱发光层上生长p型AlGaN电子阻挡层；
9、800-1000°C条件下，在P型AlGaN电子阻挡层上生长P型GaN层。
[0032]本发明中通过控制每对InGaN层与GaN层的厚度、InGaN层中In组份含量以及每对InGaN层与GaN层的生长温度，可以调节超晶格多量子阱发光层的半宽服。
[0033]具体地，本实施方式中超晶格多量子阱发光层从上向下包括第一多量子阱发光层、第二多量子阱发光层、第三多量子阱发光层、第四多量子阱发光层及第五多量子阱发光层，第五多量子阱发光层至第一多量子阱发光层的生长温度由800°C逐渐降低5?20°C，以10°C为例，第五多量子阱发光层至第一多量子阱发光层的生长温度分别为800°C、79(TC、780cC、770。。、760。。。
[0034]应当理解的是，本实施方式生长温度以等幅降低，在其他实施方式中也可以为非等幅降低，如第五多量子阱发光层至第一多量子阱发光层的生长温度分别为800°C、795°C、785°C、775°C、760°C，只需满足每层多量子阱发光层的生长温度差异为5?20°C即可。
[0035]进一步地，第一多量子阱发光层至第五多量子阱发光层的生长温度逐渐升高5?20°C，如第五多量子阱发光层至第一多量子阱发光层的生长温度分别为760°C、770°C ,780°C、790°C N800°C，其可以为等幅升尚或非等幅升尚，此处不再举例进彳丁说明。
[0036]另外，上述五层多量子阱发光层并非一定要按照生长温度逐渐降低或升高排列，不同生长温度的5层多量子阱发光层可以自由组合排列，此处不再举例进行详细说明。
[0037]由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
超晶格多量子阱发光层包括半宽Hff不同的多层多量子阱发光层，可以达到宽频谱的效果，超晶格多量子阱发光层半宽HW可控制在40?60nm之间；还可根据实际应用调整频谱范围，在育林、养鱼等产业有着广泛的应用。
[0038]宽频谱GaN基LED外延结构，所述LED外延结构依次包括衬底及位于衬底上的η型GaN层、应力释放层、超晶格多量子阱发光层、P型AlGaN电子阻挡层和P型GaN层，其特征在于，所述超晶格多量子阱发光层的包括至少两层多量子阱发光层，不同的多量子阱发光层的半宽Hff不同。
[0039]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0040]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种宽频谱GaN基LED外延结构，所述LED外延结构依次包括衬底及位于衬底上的η型GaN层、应力释放层、超晶格多量子阱发光层、P型AlGaN电子阻挡层和P型GaN层，其特征在于，所述超晶格多量子阱发光层的包括至少两层多量子阱发光层，不同的多量子阱发光层的半宽Hff不同，每层多量子阱发光层由若干对InGaN层与GaN层依次堆叠组成。2.根据权利要求1所述的宽频谱GaN基LED外延结构，其特征在于，所述超晶格多量子阱发光层包括2?10层多量子阱发光层。3.根据权利要求2所述的宽频谱GaN基LED外延结构，其特征在于，所述多量子阱发光层由2?8对InGaN层与GaN层依次堆叠组成。4.根据权利要求1所述的宽频谱GaN基LED外延结构，其特征在于，所述多量子阱发光层中每对InGaN层与GaN层的总厚度为6?16nm，每层InGaN层的厚度为2?6nm，每层GaN层的厚度为4?13nm，InGaN层中In组份含量为10%?30%。5.根据权利要求2所述的宽频谱GaN基LED外延结构，其特征在于，所述超晶格多量子阱发光层包括5层多量子阱发光层，超晶格多量子阱发光层的半宽Hff为40?60nm。6.一种宽频谱GaN基LED外延结构的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤: 51、将衬底放置在MOCVD反应室中的载盘上，在1050?1100°C下进行表面清洁处理； 52、1000?1200°C条件下，在衬底上生长η型GaN层； 53、800-820°C条件下，在η型GaN层上生长应力释放层； 54、760?800°C条件下，在应力释放层上依次生长InGaN层与GaN层，形成多量子阱发光层，重复生长至少两层多量子阱发光层，形成超晶格多量子阱发光层，其中，每层多量子阱发光层的生长温度差异为5?20°C ; 55、750?900°C条件下，在超晶格多量子阱发光层上生长p型AlGaN电子阻挡层； 56、800-1000°C条件下，在P型AlGaN电子阻挡层上生长P型GaN层。7.根据权利要求6所述的宽频谱GaN基LED外延结构的制造方法，其特征在于，所述步骤S4中，超晶格多量子阱发光层由2?10层依次生长的多量子阱发光层。8.根据权利要求7所述的宽频谱GaN基LED外延结构的制造方法，其特征在于，所述步骤S4中，每层多量子阱发光层由2?8对依次生长的InGaN层与GaN层形成。9.根据权利要求6所述的宽频谱GaN基LED外延结构的制造方法，其特征在于，所述步骤S4中，多量子阱发光层中每对InGaN层与GaN层的总厚度为6?16nm，每层InGaN层的厚度为2?6nm，每层GaN层的厚度为4?13nm，InGaN层中In组份含量控制为10%?30%。10.根据权利要求6所述的宽频谱GaN基LED外延结构的制造方法，其特征在于，所述步骤S4中，超晶格多量子阱发光层中每层多量子阱发光层的生长温度为从衬底方向向上逐渐升高或降低5?20°C。
【文档编号】H01L33/06GK105957929SQ201610382974
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】刘恒山, 陈立人, 冯猛
【申请人】聚灿光电科技股份有限公司