GaN基LED外延结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体发光器件技术领域，尤其涉及一种GaN基LED外延结构。
【背景技术】
[0002]GaN (氮化镓)是制作LED外延片的材料之一。GaN是极稳定的化合物和坚硬的高熔点材料，也是直接跃迀的宽带隙半导体料，不仅具有良好的物理和化学性质，而且具有电子饱和速率高、热导率好、禁带宽度大和介电常数小等特点和强的抗辐照能力，可用来制备稳定性能好、寿命长、耐腐蚀和耐高温的大功率器件。
[0003]通常，GaN基LED在蓝宝石衬底上进行外延生长。传统的GaN基LED外延结构一般采用InGaN/GaN的MQW (multiple quantum well，多量子讲)有源发光层结构。因InN (氮化铟)与GaN之间存在着很大的晶格失配(约为11%)，导致GaN基LED发光层的多量子阱InGaN/GaN中也存在着很大的压应力。一方面，压应力会产生压电极化电场，引起量子阱能带的倾斜，使电子和空穴波函数的交叠减少，造成内量子效率的下降，即所谓的量子限制斯塔克效应(QCSE);另一方面，压应力会影响量子阱中In的有效合并，使其难以形成晶体质量良好的高In组份的量子阱，从而使LED的发光效率较低。所以InGaN量子阱中应力的调制成为提高发光效率的关键因素之一。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种GaN基LED外延结构。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型一实施方式提供一种GaN基LED外延结构，该LED外延结构从下向上依次包括:衬底，N型GaN层，MQff有源层，P型GaN层。其中，MQff有源层包括InGaN讲层、以及生长在InGaN讲层之上的掺杂皇层，掺杂皇层为AlxGau x)N皇层，AlxGaa x)N皇层中Al的摩尔含量从与InGaN阱层接触的下表面到与P型GaN层接触的上表面先递增，再递减。
[0006]作为本实施方式的进一步改进，掺杂皇层与InGaN阱层接触的下表面中，x的取值为O。
[0007]作为本实施方式的进一步改进，掺杂皇层与P型GaN层接触的上表面中，x的取值为O。
[0008]作为本实施方式的进一步改进，掺杂皇层自下向上包括第一掺杂皇层及第二掺杂皇层，第一掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐升高，且X的取值范围为O到10%，第二掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐降低，且X的取值范围为10%到O。
[0009]作为本实施方式的进一步改进，第一掺杂皇层厚度范围为20-80埃。
[0010]作为本实施方式的进一步改进，第二掺杂皇层厚度范围为20-80埃。
[0011]作为本实施方式的进一步改进，掺杂皇层自下向上包括第一掺杂皇层、第二掺杂皇层及第三掺杂皇层，第一掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐升高，且X的取值范围为O到10%，第二掺杂皇层不掺杂铝或者掺杂恒定浓度的铝，第三掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐降低，且X的取值范围为10%到O。
[0012]作为本实施方式的进一步改进，掺杂皇层自下向上包括第一掺杂皇层、第二掺杂皇层及第三掺杂皇层，第一掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐升高，且X的取值范围为O到10%，第二掺杂皇层AlxGau X)N中x为恒定值，x的取值范围为4%到10%，第三掺杂皇层AlxGaa X)N自下向上X值逐渐降低，且X的取值范围为10%到O。
[0013]作为本实施方式的进一步改进，上述第一掺杂皇层厚度20-40埃，第二掺杂皇层厚度40-60埃，第三掺杂皇层厚度20-40埃。
[0014]作为本实施方式的进一步改进，AlxGaa x)N皇层中Al的摩尔含量从与InGaN阱层接触的下表面到与P型GaN层接触的上表面先线性递增，再线性递减。
[0015]与现有技术相比，本实用新型采用渐变的AlxGa (1 x)N多量子阱层结构形成能级梯度，与InGaN阱层形成的压应力减小，可以有效释放量子阱中的压应力，改善其极化电场效应，减弱量子阱内的斯托克斯效应，提高电子载流子和空穴载流子符合几率，提高内量子效率，从而提高LED的发光效率。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型一实施方式中GaN基LED外延结构的结构示意图；
[0017]图2是本实用新型一实施方式中GaN基LED外延结构的制备方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下将结合附图所示的【具体实施方式】对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。
[0019]如图1所示，本实用新型提供的GaN基LED外延结构，该LED外延结构从下向上依次包括:衬底10，N型GaN层20，MQff有源层30，P型GaN层40。
[0020]本实用新型一实施方式中，衬底10的材料为蓝宝石衬底，当然，在本实用新型的其他实施方式中，衬底10也可以为其他衬底材料，如S1、SiC等。
[0021]本实用新型一实施方式中，N型GaN层20优选高温N型GaN层。
[0022]本实用新型一实施方式中，MQff有源层30包括:从下向上依次生成的InGaN阱层31、以及生长在InGaN阱层之上的掺杂皇层33。
[0023]本实用新型一实施方式中，掺杂皇层33为AlxGau x)N掺杂皇层，该AlxGau x)N掺杂皇层中Al的摩尔含量从与InGaN阱层31接触的下表面到与P型GaN层40接触的上表面方向先逐渐增加，再逐渐减小。
[0024]本发明一实施方式中，掺杂皇层33中Al的摩尔含量从与InGaN阱层31接触的下表面到与P型GaN层40接触的上表面方向先线性递增，再线性递减。
[0025]进一步的，掺杂皇层33自下向上包括第一掺杂皇层及第二掺杂皇层。其中，第一掺杂皇层在GaN中掺杂自下向上含量逐渐升高的铝，且铝的摩尔含量由O渐升至10%，即，第一掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐升高，且X的取值范围为O到10%，第一掺杂皇层厚度范围为20-80埃。第二掺杂皇层在GaN中掺杂自下向上含量逐渐降低的铝，且铝的摩尔含量由10%渐减至0，即，第二掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐降低，且x的取值范围为10%到0，第二掺杂皇层厚度20-80埃。
[0026]又或者，掺杂皇层33自下向上包括第一掺杂皇层、第二掺杂皇层及第三掺杂皇层。其中，第一掺杂皇层自下向上掺杂含量逐渐升高的铝，且铝的摩尔含量由O渐升至10%，即，第一掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐升高，且X的取值范围为O到10%，第一掺杂皇层厚度20-40埃；第二掺杂皇层不掺杂铝或者掺杂恒定浓度的铝，若掺杂铝，其摩尔含量为4%到10%，即，第二掺杂皇层AlxGau X)N中，x的取值范围为4%到10%，第二掺杂皇层厚度40-60埃；第三掺杂皇层掺杂自下向上含量逐渐降低的铝，且铝的摩尔含量由10%渐减至0，即，第三掺杂皇层AlxGau X)N自下向上X值逐渐降低，且X的取值范围为10%到0，第三掺杂皇层厚度20-40埃。
[0027]本实用新型一实施方式中，AlxGau X)N掺杂皇层33与InGaN阱层31接触的下表面中，X的取值为O;
[0028]AlxGaa x)N掺杂皇层33与P型GaN层40接触的上表面中，x的取值为O。
[0029]如此，采用渐变的AlxGaa x)N多量子阱层结构形成能级梯度，在与InGaN接触的表面上不掺杂Al，使该表面因晶格材料差异形成的压应力减小，可以有效释放量子阱中的压应力，改善其极化电场效应，减弱量子阱内的斯托克斯效应，提高电子载流子和空穴载流子符合几率，提高内量子效率。
[0030]本实用新型一实施方式中，P型GaN层40优选高温P型GaN。
[0031]在上述图1所示LED外延结构的基础上，本实用新型一实施方式中，LED外延结构还包括:生长于衬底10和N型GaN层20之间的成核层701。
[0032]其中，成核层701优选低温GaN成核层，并将TMGa作为Ga源。
[0033]在上述图1所示LED外延结构的基础上，本实用新型一实施方式中，LED外延结构还包括:生长于衬底10和N型GaN层20之间的氮化物缓冲层703。
[0034]氮化物缓冲层703可为GaN缓冲层或AlN缓冲层；本实用新型优选实施方式中，氮化物缓冲层703为厚度为0.5-lum间的高温GaN缓冲层；当然，在本实用新型的其他实施方式中，GaN缓冲层还可以包括高温条件下生长的高温GaN缓冲层和低温条件下生长的低温GaN缓冲层，在此不做详细赘述。
[0035]在上述图1所示LED外延结构的基础上，本实用新型一实施方式中，LED外延结构还包括:生长于衬底10和N型GaN层20之间的非掺杂GaN层705 ;本实用新型优选实施方式中，非掺杂GaN层705为非掺杂高温U-GaN层。
[0036]当然，在上述图1所示LED外延结构的基础上，在本实用新型的其他实施方式中，上述成核层701、氮化物缓冲层703、非掺杂GaN层705还可以任意组合加入到LED外延结构中，例如:LED外延结构从下向上依次包括:衬底10、成核层701、氮化物缓冲层703、非掺杂GaN层705、N型GaN层20、MQff有源层30、P型GaMO层，在此不做详细赘述。
[0037]在上述图1所示LED外延结构的基础上，本实用新型一实施方式中，LED外延结构还包括:生长于P型GaN层40上的欧姆接触层50，本实用新型优选实施方式中，欧姆接触层50为P型GaN接触层，进一步的，欧姆接触层50为高压p型InGaN层，在此不做详细赘述。
[0038]结合图2所示，前述LED外延结构的制备方法包括:
[0039]S1、提供一衬底，
[0040]S2、在所述衬底上生长N型GaN层，
[0041]S3、在所述N型GaN层上生长InGaN阱层，
[0042]S4、在所述InGaN阱层上生长掺杂皇层，
[0043]S5、在所述掺杂皇层上生长P型GaN层，
[0044]其中，所述掺杂皇层为AlxGau X)N皇层，所述AlxGau X)N皇层中Al的摩尔含量从与InGaN阱层接触的下表面到与P型GaN层接触的上表面方向先逐渐增加，再逐渐减小。
[0045]在本实用新型一实施方