一种led外延结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本新型实用涉及半导体光电器件的外延生长技术领域，特别是一种LED外延结构。
【背景技术】
[0002]以LED为代表的第四代光源，因具有结构小、安全性好，发光效率高和节能明显等诸多优点，已成为替代传统照明光源的最佳光源选择。，目前商业化的白光LED光源，主要是通过在GaN基LED的外延结构上发出蓝光，并通过蓝光激发YAG的荧光粉发出黄光，两色混合从而得到白光。所以说，GaN基LED的外延结构设计很重要，如何从外延结构中获得高发光效率的蓝光尤为重要。突破传统蓝光LED外延结构的设计不足，提高LED外延结构的生长质量是目前很重要的前沿关键技术工作。
[0003]传统的GaN基LED外延结构，一般是在蓝宝石衬底上依次生长成核层、未掺杂GaN层、η型GaN层、多量子阱发光、AlGaN阻档层和p型GaN层。由于传统的LED结构只采用单一的AlGaN电子阻档层，所以对电子的阻档能力不足，造成电子泄露明显，引起LED器件内部电子空穴的有效辐射复合率低，从而致使LED内量子效率和光输出效率不高。
[0004]目前LED器件的ESD (Electrostatic discharge，静电放电)防护的主要方法是通过提高LED外延结构的质量，并在LED外延结构中加入齐纳二极管或增加电流扩展层来实现。比如中国发明专利公开说明书CN101335313(公开日2008年12月31日)公开了一种LED结构的η型氮化物层中间插入不掺杂的氮化物层、或者在η型氮化物层和发光层之间插入不掺杂的氮化物层，其所形成的新LED外延结构就相当于增加了一个电容，从而提高ESD的防护性能。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种LED外延结构，该结构可以提高LED的发光效率和增强ESD的防护能力。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型的一种LED外延结构，自下而上包括:GaN成核层、未掺杂GaN层、η型GaN层、多量子阱发光层、电子阻档层和p型GaN层，其特点在于:所述电子阻档层是由AlxGai…层、多周期GaN/InyGai 0超晶格结构层和A1ZG&1 #层(简称为A-SL-A 层)构成；其中，0〈x ( 0.8，0<y ( 0.2，0〈z 彡 0.5。
[0007]进一步地，所述电子阻档层中的AlxGai XN层生长在LED外延结构的发光层之上，多周期的GaN/InyGai yN超晶格结构层生长在AlxGai XN层上，A1ZG&1 ZN层生长在多周期的GaN/InyGai yN超晶格结构层上
[0008]本实用新型的关键特点是在多量子阱发光层与p型GaN层之间插入了 A_SL_A结构的电子阻档层。所述电子阻档层的结构是AlxGai…层生长在LED外延结构的发光层之上，接着生长多周期的GaN/InyGai yN超晶格结构层，最后生长A1ZG&1 #层。所述多周期GaN/InyGai yN超晶格结构层，其周期数为2至15，每个周期依次包括GaN层和InyGai yN材料层，每个GaN层和IriyGai yN材料层的厚度均为lnm至6nm。所述电子阻档层中的ΧΝ层和Al.Gaj ZN层的最大厚度都不超过20nmo
[0009]本实用新型的有益效果是:通过在多量子阱发光层与p型GaN层之间插入了A-SL-A结构的电子阻档层，能够有效把电子限制在发光层中，增强发光区电子与空穴的辐射复合的几率，进而提高LED的发光效率。另一方面，A-SL-A结构的电子阻档层加入到LED外延结构中，就相当于在LED结构中增加了多个电容，所以就能使LED有更好的抗ESD能力。
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型LED外延结构示意图；
[0011]图2为本实用新型LED外延结构中电子阻档层的示意图；
[0012]图3为本实用新型LED外延结构中实施例的工作电流与内量子发光效率结果图；
[0013]图4为本实用新型LED外延结构中实施例的工作电流与光输出功率结果图。
[0014]图中:1为衬底；2为成核层；3为未掺杂GaN层；4为η型GaN层；5为多量子阱发光层；6为A-SL-A电子阻档层；61为AlxGa: XN层；62为GaN层；63为Ir^Ga: yN层；64为Al.Gaj ZN 层；7 为 p 型 GaN 层。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0016]该实施例中，LED外延结构是在蓝宝石(A1203)衬底上首先生长一层厚度约25nm的GaN材料成核层，然后在成核层表面上生长厚度约lum未掺杂GaN层，接着依次生长Si掺杂GaN的η型GaN层(厚度为2um，浓度约为5X 101S cm 3)、6周期In。.15GaQ.S5N/GaN的多量子阱发光层(In0.15Ga0.S5N和GaN厚度分别为2.5nm和10nm)、电子阻档层(Α1Χ6&1 ΧΝ的χ为0.15，InyGai yN 中的 y 为 0.03, Alfia, ZN 层中的 z 为 0.15，各层厚度都为 lnm，GaN/InyGai yN 超晶格结构的周期数为9)，和Mg掺杂GaN的p型GaN层(厚度约0.3um,浓度为7 X 1017cm 3)。该外延结构采用的是原子层外延生长方法，可以是MOCVD或MBE等方法。
[0017]对该实施例的LED外延结构进行光电性能分析，得到的分析结果见图3和图4所示。由图3得知，本发明的新型GaN基LED外延结构有更好的内量子效率，特别在较大工作电流(200mA)下，仍保持较低的衰减(仅2.1%)，显示本实施例采用的电子阻档层能很好限制电子的泄露。而传统GaN基LED外延结构的内量子效率较低，在200A工作电流下，发光效率衰减较快，达到21.2%。由图4得知，本实施例的LED外延结构比传统结构有更高的光输出功率(对LED切割成300umX300um尺寸芯片来进行测试比较)。
[0018]此外，通过对本实用新型实施例的LED外延结构进行抗ESD性能测试，在人体抗静电模式测试下(试验3次，每次间隔1秒)，当反向电压达到2500V时外延结构的反向电流值仍为0。而传统的GaN基LED外延结构在反向电压达到1500V左右就会出现较大的反向电流值，即外延结构已受到破坏，这样的比较试验说明本实施例的LED外延结构有更好的抗ESD能力。
[0019]以上实施例的厚度、工艺参数等均为示意，熟悉本领域的技术人员在不违反本发明思想与精神的前提下所出的任何改变或修饰，均应视作在本发明的保护范围之内。例如，作为更多的实例，在其他条件不变的情况下，使电子阻档层中的AlxGai XN的χ为0.8，InyGai yN中的y为0.2，Alfia, ZN层中的z为0.5，各层厚度都为lnm，GaN/InyGai yN超晶格结构的周期数为3)，通过同样的测试方法，在前述限定的范围内都同样能得出与上述实例相同的结论。
【主权项】
1.一种LED外延结构，包括在衬底上依次生长的GaN成核层、未掺杂GaN层、η型GaN层、多量子阱发光层、电子阻档层和P型GaN层，其特征在于:所述电子阻档层是由AlxGai XN层、多周期GaN/InyGai yN超晶格结构层和A1ZG&1 ZN层构成；其中，0〈x彡0.8，0〈y彡0.2，0〈z 0.5o2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征是电子阻档层中的A1xGai XN层生长在LED外延结构的发光层之上，多周期的GaN/InyGai yN超晶格结构层生长在AlxGai XN层上，AlzGai ZN层生长在多周期的GaN/InyGai yN超晶格结构层上。3.根据权利要求1或2所述的LED外延结构，其特征是所述多周期GaN/InyG&1 yN超晶格结构层，其周期数为2至15，每个周期依次包括GaN层和InyGai yN材料层，每个GaN层和IriyGaj yN材料层的厚度均为lnm至6nm。4.根据权利要求3所述的LED外延结构，其特征是A1xGai XN层和A1ZG&1 ZN层的厚度都不超过20nmo
【专利摘要】本实用新型提供了一种LED外延结构，该结构自下而上包括：衬底、成核层、未掺杂GaN层、n型GaN层、发光层、电子阻档层和p型GaN层，其特点在于：所述电子阻档层由AlxGa1-xN层、多周期GaN/InyGa1-yN超晶格结构层和AlzGa1-zN层构成。本实用新型可以有效阻档电子的泄漏，增强电子与空穴之间辐射复合几率，进而提高LED的内量子效率和光的输出功率，以及增强LED的抗静电能力。本实用新型可通过原子层外延技术进行制备，作为一种LED外延结构可广泛用于LED器件领域。
【IPC分类】H01L33/06, H01L33/32, H01L33/14
【公开号】CN205028916
【申请号】CN201520770301
【发明人】郑树文, 韩振伟, 何苗, 李述体
【申请人】华南师范大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年9月29日