氮化镓发光二极管外延结构、LED及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种氮化镓发光二极管外延结构、led及其制备方法。

背景技术：

1、半导体发光二极管具有体积小、坚固耐用、发光波段可控性强、光效高、低热损耗、光衰小、节能、环保等优点，在全色显示、背光源、信号灯、光电计算机互联、短距离通信等领域有着广泛的应用，逐渐成为目前电子电力学领域研究的热点。氮化镓材料具有宽带隙、高电子迁移率、高热导率、高稳定性等一系列优点，因此在高亮度蓝色发光二极管中有着广泛的应用和巨大的市场前景。照明领域对led提出越来越高的要求，如何提高gan基led的发光效率、亮度和降低生产成本是led行业关注的焦点。

2、目前，由于gan基材料固有的极化效应，产生的斯塔克效应会导致多量子阱中能带弯曲，减少了波函数的重合，从而减少了空穴与电子的有效复合效率，另一方面，目前的电子阻挡层虽然阻挡了量子阱中电子溢流，但同时也减少了来自p型gan层中空穴的注入效率，进一步的减少了发光效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种氮化镓发光二极管外延结构、led及其制备方法，本发明的势垒调配层经alan层、albinxga1-b-xn层、in1-calcn层及n极性aldgan/n极性mgn超晶格层多层材料层共同配合，在减少电子溢流的同时，有效增加并加速空穴注入，增强p型层的电导率与空穴注入率，由此有效提升发光效率。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、首先，作为本发明的目的之一，本发明提供一种氮化镓发光二极管外延结构，包括依次设置的衬底、缓冲层、n型层、多量子阱层及p型层，所述多量子阱层与所述p型层之间设有势垒调配层，所述势垒调配层包括沿外延方向依次沉积的alan层、albinxga1-b-xn层、in1-calcn层及n极性aldgan/n极性mgn超晶格层。

4、在一些实施例中，所述势垒调配层中，0＜d＜c＜b＜a＜1，0＜x＜1-c＜1。

5、在一些实施例中，所述alan层、所述albinxga1-b-xn层及所述in1-calcn层中，各层中的al含量分别沿外延方向递减，所述n极性aldgan/n极性mgn超晶格层中，al含量沿外延方向递增。

6、在一些实施例中，所述alan层、所述albinxga1-b-xn层、所述in1-calcn层及所述n极性aldgan/n极性mgn超晶格层中，各层之间的al含量递减幅度i为0.01＜i≤0.1；

7、所述alan层、所述albinxga1-b-xn层及所述in1-calcn层中，各层中的al含量的递减幅度j为0＜j≤0.01，所述n极性aldgan/n极性mgn超晶格层中，al含量的递增幅度k为0＜k≤0.01。

8、在一些实施例中，所述alan层、所述albinxga1-b-xn层及所述in1-calcn层的厚度依次递减，且所述alan层的厚度为4nm～5nm，所述albinxga1-b-xn层的厚度为3nm～4nm，所述in1-calcn层的厚度为2nm～3nm，所述n极性aldgan/n极性mgn超晶格层的厚度为2nm～5nm。

9、在一些实施例中，所述n极性aldgan/n极性mgn超晶格层的生长气氛为n2。

10、在一些实施例中，所述n极性aldgan/n极性mgn超晶格层包括周期性交替生长的n极性aldgan子层及n极性mgn子层，生长周期为3个～5个。

11、在一些实施例中，所述in1-calcn层的生长压力高于所述albinxga1-b-xn层的生长压力。

12、其次，作为本发明的另一目的之一，本发明提供一种氮化镓发光二极管外延结构的制备方法，包括：

13、提供衬底；

14、在所述衬底上依次外延生长缓冲层、n型层、多量子阱层、势垒调配层及p型层；

15、所述势垒调配层包括沿外延方向依次沉积的alan层、albinxga1-b-xn层、in1-calcn层及n极性aldgan/n极性mgn超晶格层。

16、再者，作为本发明的另一目的之一，本发明提供一种led，包括上述的氮化镓发光二极管外延结构。

17、本发明的有益效果在于：

18、本发明中，在多量子阱层与p型层之间引入由多层材料层组成的势垒调配层，其中，通过alan层形成较高的势垒能级，阻挡电子的迁移，并保证势垒调配层具有较好的晶体质量，确保晶格间的适配应力所产生的应力场较小，从而可以提高空穴的有效注入；其次，albinxga1-b-xn层及in1-calcn层引入in组分，降低势垒高度，与势垒高度较高的alan层相配合，减少电子溢流，降低了漏电通道，同时减少了空穴注入所需要的能量，增加了空穴注入；结合n极性aldgan/n极性mgn超晶格层，利用n极性特性，极化电场与外电场方向相同，极化场与外电场共同加速空穴向阱层的注入，载流子注入效率进一步的提高，增加了量子阱层的发光效率，同时，n极性aldgan/n极性mgn超晶格层中的n极性mgn子层由于极化掺杂效应，产生了高浓度的三维空穴气，有效增强了p型层的电导率与空穴注入率，由此，势垒调配层经alan层、albinxga1-b-xn层、in1-calcn层及n极性aldgan/n极性mgn超晶格层多层材料层共同配合，在减少电子溢流的同时，有效增加并加速空穴注入，增强p型层的电导率与空穴注入率，由此有效提升发光效率。

技术特征：

1.一种氮化镓发光二极管外延结构，包括依次设置的衬底、缓冲层、n型层、多量子阱层及p型层，其特征在于，所述多量子阱层与所述p型层之间设有势垒调配层，所述势垒调配层包括沿外延方向依次沉积的alan层、albinxga1-b-xn层、in1-calcn层及n极性aldgan/n极性mgn超晶格层。

2.根据权利要求1所述的氮化镓发光二极管外延结构，其特征在于，所述势垒调配层中，0＜d＜c＜b＜a＜1，0＜x＜1-c＜1。

3.根据权利要求2所述的氮化镓发光二极管外延结构，其特征在于，所述alan层、所述albinxga1-b-xn层及所述in1-calcn层中，各层中的al含量分别沿外延方向递减，所述n极性aldgan/n极性mgn超晶格层中，al含量沿外延方向递增。

4.根据权利要求3所述的氮化镓发光二极管外延结构，其特征在于，所述alan层、所述albinxga1-b-xn层、所述in1-calcn层及所述n极性aldgan/n极性mgn超晶格层中，各层之间的al含量递减幅度i为0.01＜i≤0.1；

5.根据权利要求1所述的氮化镓发光二极管外延结构，其特征在于，所述alan层、所述albinxga1-b-xn层及所述in1-calcn层的厚度依次递减，且所述alan层的厚度为4nm～5nm，所述albinxga1-b-xn层的厚度为3nm～4nm，所述in1-calcn层的厚度为2nm～3nm，所述n极性aldgan/n极性mgn超晶格层的厚度为2nm～5nm。

6.根据权利要求1所述的氮化镓发光二极管外延结构，其特征在于，所述n极性aldgan/n极性mgn超晶格层的生长气氛为n2。

7.根据权利要求1所述的氮化镓发光二极管外延结构，其特征在于，所述n极性aldgan/n极性mgn超晶格层包括周期性交替生长的n极性aldgan子层及n极性mgn子层，生长周期为3个～5个。

8.根据权利要求1所述的氮化镓发光二极管外延结构，其特征在于，所述in1-calcn层的生长压力高于所述albinxga1-b-xn层的生长压力。

9.一种氮化镓发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于，包括：

10.一种led，其特征在于，包括根据权利要求1至8任意一项所述的氮化镓发光二极管外延结构。

技术总结
本发明涉及半导体技术领域，具体公开一种氮化镓发光二极管外延结构、LED及其制备方法，包括依次设置的衬底、缓冲层、N型层、多量子阱层及P型层，所述多量子阱层与所述P型层之间设有势垒调配层，所述势垒调配层包括沿外延方向依次沉积的Al<subgt;a</subgt;N层、Al<subgt;b</subgt;In<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑b‑x</subgt;N层、In<subgt;1‑c</subgt;Al<subgt;c</subgt;N层及N极性Al<subgt;d</subgt;GaN/N极性MgN超晶格层。势垒调配层经多层材料层共同配合，在减少电子溢流的同时，有效增加并加速空穴注入，增强P型层的电导率与空穴注入率，由此有效提升发光效率。

技术研发人员：郑文杰,程龙,高虹,刘春杨,胡加辉,金从龙
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15