高空穴注入效率的led外延结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及发光二极管外延技术领域，特别是高空穴注入效率的LED外延结构。
【背景技术】
[0002]II1-V族氮化物发光二极管具有高效、节能、环保、寿命长等优点，在固态照明领域有着重要的应用。随着πι-v族氮化物发光二极管应用范围的增加，对发光二极管的光电特性的要求也越来越高。
[0003]在现有技术中，由于极化效应、电子溢流造成的效率下降(Efficiency Droop)现象，常用P型AlGaN作为电子阻挡层来减小电子溢流，提升亮度。但由于Mg在AlGaN的激活能高达150-250meV，使得在室温下的空穴浓度很低，只有少数的Mg可以被激活。随着A1浓度的增加，Mg在p型AlGaN电子阻挡层的激活能就越高，空穴浓度就越低，也越能阻挡空穴的注入，直接影响了发光二级管的发光效率。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型的目的是提供一种高空穴注入效率的LED外延结构。它采用由p型AlxGal-xN层、A1N层和p型InyGal-yN超晶格层构成电子阻挡层，通过应变和减小合金散射来提高空穴浓度和迀移率，提升发光二级管的发光效率。
[0005]为了达到上述发明目的，本实用新型的技术方案以如下方式实现:
[0006]高空穴注入效率的LED外延结构，从下至上依次包括衬底、GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱、电子阻挡层、P型GaN层和P型接触层。其中多量子阱由InGaN层和GaN层构成。其结构特点是，所述电子阻挡层从下至上依次由p型AlxGal-xN层、A1N层和p型InyGal-yN层构成，其中0〈x ( 0.3、0〈y彡0.2。所述电子阻挡层包括8_12个生长周期，生长压力为100-200Torr，在氮气环境中生长。
[0007]在上述LED外延结构中，所述p型AlxGal-xN层的厚度为40_60埃，生长温度为900-1100。。。
[0008]在上述LED外延结构中，所述A1N层的厚度为5_15埃，生长温度为900-1100°C。
[0009]在上述LED外延结构中，所述p型InyGal-yN层的厚度为20-40埃，生长温度为900-1100。。。
[0010]在上述LED外延结构中，所述衬底为蓝宝石衬底、GaN衬底、Si衬底、SiC衬底或者LA0衬底中的任意一种。
[0011]本实用新型由于采用了上述结构，即采用p型AlxGal-xN层、A1N层和p型InyGal-yN超晶格层作为电子阻挡层。通过A1N层提供的应变来增加空穴浓度，并且能够通过减小合金散射的方式来提高空穴迀移率，从而减小电子溢流，提升LED亮度。
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步说明。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]参看图1，本实用新型高空穴注入效率的LED外延结构从下至上依次包括衬底1、GaN缓冲层2、未掺杂GaN层3、N型GaN层4、多量子阱5、电子阻挡层6、P型GaN层7和P型接触层8。其中电子阻挡层6包括8-12生长周期，每一个周期从下至上依次包含p型AlxGal-xN层9、A1N层10和p型InyGal-yN层11，生长压力为100-200Torr，在氮气环境中生长。p型AlxGal-xN层9的厚度为40-60埃，A1N层10的厚度为5-15埃，p型InyGal-yN层11的厚度为20-40埃，生长温度为900-1100°C。
[0015]本实用新型LED外延结构采用以下【具体实施方式】:
[0016]实施例一:
[0017](1)将蓝宝石衬底1在1000°C下进行高温清洁处理，时间为lOmin，然后进行氮化处理。
[0018](2)将温度降低至500°C，生长GaN缓冲层2，厚度为100埃，压力为300Torr。
[0019](3)不通三甲基镓(TMGa)，将温度升高至1000°C，对GaN缓冲层2进行退火处理，时间为3min，然后通入TMGa生长未掺杂GaN层3，厚度为1 μ m，压力为300Torr。
[0020](4)通入乙硅烷，温度为1000°C，生长N型GaN层4，厚度2μπι，压力为lOOTorr。
[0021](5)N型GaN层4生长结束后，生长多量子阱5，多量子阱5由InGaN层13和GaN层12构成。GaN层12的生长温度为800°C，厚度为100埃，InGaN层13的生长温度为750°C，厚度为28埃，多量子讲5的生长压力为lOOTorr，多量子讲5的周期数为8，在氮气环境中生长。
[0022](6)多量子阱5生长结束后，温度升高至900°C，进行电子阻挡层6的生长，生长周期为8，生长压力为lOOTorr。其中，p型A10.2Ga0.8N层9的厚度为40埃，A1N层10的厚度为5埃，p型In0.1Ga0.9N层11的厚度为20埃。
[0023](7)温度升高至1000°C，进行P型GaN层7的生长，生长压力为lOOTorr，厚度为200nmo
[0024](8)P型GaN层7生长结束后，生长P型接触层8，生长温度为700 °C，厚度为10nm。
[0025](9)外延生长结束后，温度降至600°C，在纯氮条件下进行活化处理，时间持续lOmin，然后降至室温，最终得到LED外延片。
[0026]实施例二:
[0027](1)将蓝宝石衬底1在1100°C下进行高温清洁处理，时间为20min，然后进行氮化处理。
[0028](2)将温度降低至600°C，生长GaN缓冲层2，厚度为200埃，压力为450Torr。
[0029](3)不通三甲基镓(TMGa)，将温度升高至1100°C，对GaN缓冲层2进行退火处理，时间为4min，然后通入TMGa生长未掺杂GaN层3，厚度为1.5 μ m，压力为400Torr。
[0030](4)通入乙硅烷，温度为1100°C，生长N型GaN层4，厚度3 μ m，压力为200Torr。
[0031](5)N型GaN层4生长结束后，生长多量子阱5，多量子阱5由InGaN层13和GaN层12构成。GaN层12的生长温度为850°C，厚度为110埃，InGaN层13的生长温度为770°C，厚度为30埃，多量子阱的生长压力为150Torr，多量子阱的周期数为9，在氮气环境中生长。
[0032](6)多量子阱5生长结束后，温度升高至1000°C，进行电子阻挡层6的生长，生长周期为10，生长压力为150Torr。其中，p型A10.25Ga0.75N层9的厚度为50埃，A1N层10的厚度为10埃，p型In0.15Ga0.85N层11的厚度为30埃。
[0033](7)温度升高至1100°C，进行P型GaN层7的生长，生长压力为200Torr，厚度为300nmo
[0034](8)P型GaN层7生长结束后，生长P型接触层8，生长温度为725 °C，厚度为15nm。
[0035](9)外延生长结束后，温度降至700°C，在纯氮条件下进行活化处理，时间持续20min，然后降至室温，最终得到LED外延片。
[0036]实施例三:
[0037](1)将蓝宝石衬底1在1200°C下进行高温清洁处理，时间为30min，然后进行氮化处理。
[0038](2)将温度降低至700°C，生长GaN缓冲层2，厚度为300埃，压力为600Torr。
[0039](3)不通三甲基镓(TMGa)，将温度升高至1200°C，对GaN缓冲层2进行退火处理，时间为5min，然后通入TMGa生长未掺杂GaN层3，厚度为2 μ m，压力为500Torr。
[0040](4)通入乙硅烷，温度为1200°C，生长N型GaN层4，厚度4 μ m，压力为300Torr。
[0041](5)N型GaN层4生长结束后，生长多量子阱5，多量子阱5由InGaN层13和GaN层12构成。GaN层12的生长温度为900°C，厚度为120埃，InGaN层13的生长温度为790°C，厚度为32埃，多量子阱的生长压力为200Torr，多量子阱的周期数为10，在氮气环境中生长。
[0042](6)多量子阱5生长结束后，温度升高至1100°C，进行电子阻挡层6的生长，生长周期为12，生长压力为200Torr。其中，p型A10.3Ga0.7N层9的厚度为60埃，A1N层10的厚度为15埃，p型In0.2Ga0.8N层11的厚度为40埃。
[0043](7)温度升高至1200°C，进行P型GaN层7的生长，生长压力为300Torr，厚度为400nmo
[0044](8)P型GaN层7生长结束后，生长P型接触层8，生长温度为750 °C，厚度为20nm。
[0045](9)外延生长结束后，温度降至800°C，在纯氮条件下进行活化处理，时间持续30min，然后降至室温，最终得到LED外延片。
[0046]本实用新型中电子阻挡层6由p型AlxGal-xN层(6)、A1N层(10)和p型InyGal-yN层(11)构成的结构不仅适用于LED、还适用于LD。
[0047]以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，并不限于本实用新型的其它实施方式。凡属本实用新型的技术路线原则之内，所做的任何显而易见的修改、替换或改进，均应属于本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.高空穴注入效率的LED外延结构，从下至上依次包括衬底(1)、GaN缓冲层(2)、未掺杂GaN层(3)、N型GaN层(4)、多量子阱(5)、电子阻挡层(6)、P型GaN层(7)和P型接触层(8)，其中多量子阱(5)由InGaN层(13)和GaN层(12)构成，其特征在于:所述电子阻挡层(6)从下至上依次由p型AlxGal-xN层(9)、A1N层(10)和p型InyGal-yN层(11)构成，其中0〈x彡0.3、0〈y彡0.2，所述电子阻挡层(6)包括8_12个生长周期，生长压力为100-200Torr，在氮气环境中生长。2.根据权利要求1所述的高空穴注入效率的LED外延结构，其特征在于:所述p型AlxGal-xN层(9)的厚度为40-60埃，生长温度为900-1100°C。3.根据权利要求1或2所述的高空穴注入效率的LED外延结构，其特征在于:所述A1N层(10)的厚度为5-15埃，生长温度为900-1100°C。4.根据权利要求3所述的高空穴注入效率的LED外延结构，其特征在于:所述p型InyGal-yN层(11)的厚度为20-40埃，生长温度为900-1100°C。5.根据权利要求4所述的高空穴注入效率的LED外延结构，其特征在于:所述衬底(1)为蓝宝石衬底、GaN衬底、Si衬底、SiC衬底或者LAO衬底中的任意一种。
【专利摘要】高空穴注入效率的LED外延结构，涉及发光二极管外延技术领域。本实用新型从下至上依次包括衬底、GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱、电子阻挡层、P型GaN层和P型接触层。其中多量子阱由InGaN层和GaN层构成。其结构特点是，所述电子阻挡层从下至上依次由p型AlxGa1-xN层、AlN层和p型InyGa1-yN层构成，其中0<x≤0.3、0<y≤0.2。所述电子阻挡层包括8-12个生长周期，生长压力为100-200Torr，在氮气环境中生长。本实用新型采用由p型AlxGa1-xN层、AlN层和p型InyGa1-yN超晶格层构成电子阻挡层，通过应变和减小合金散射来提高空穴浓度和迁移率，提升发光二级管的发光效率。
【IPC分类】H01L33/00, H01L33/14, H01L33/06
【公开号】CN204966527
【申请号】CN201520657363
【发明人】郑建钦, 田宇, 吴真龙, 曾颀尧, 赖志豪, 林政志
【申请人】南通同方半导体有限公司, 同方股份有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年8月28日