[發明專利]一種綠光氮化物LED外延片及其生長方法

無效

• 申請號: 201210429419.X
• 申請日: 2012-11-01
• 公開（公告）號: CN102969417A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 李盼盼;李鴻漸;李志聰;李璟;王國宏
• 申請（專利權）人: 揚州中科半導體照明有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/14;H01L33/00
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明屬于半導體光電技術領域，特別是指一種氮化物綠光LED外延片的生產技術領域。

背景技術

GaN基藍綠光技術實現了LED對于可見光波段的全覆蓋，同時由于基于LED的照明技術具有節能、環保、無毒害、無污染、響應速度快、固體光源、抗震、抗沖擊、輕薄短小等特點，LED現在已經廣泛的滲透進了我們的日常生活如：信號指示和信息顯示等領域；液晶顯示用背光源、戶外及室內等照明領域；以及生物、醫療等特殊領域的輻射照明功用。其中基于平板顯示產業以及在各照明領域的巨大市場，LED平面光源已成為其最重要的應用方向之一，對LED背光源市場需求逐漸強勁，已成為LED產業增長性相對突出的應用新領域。

但是LED也有一些限制其發光效率的一些因素，其中一大難題是QSCE效應，它會導致電子與空穴波函數在空間上的分離，導致內量子效率下降。尤其在綠光LED中，其有源區的量子阱InGaN?材料中In組分高達40%，所以在綠光LED有源區中GaN材料與InGaN材料存在著更嚴重的晶格不匹配現象，因而會產生更嚴重的計劃效應，更嚴重的極化電場會導致更嚴重的能帶彎曲。這樣綠光的內量子效率就會嚴重下降。另外一大難題是空穴注入不足理論，GaN材料中，電子遷移率比空穴遷移率要高一到兩個數量級，而且p-GaN中Mg的激活能高達200meV,其電離率僅有1%左右。因此p-GaN中空穴的濃度很低。而AlGaN阻擋層的存在會在一定程度上進一步阻擋空穴向量子阱中的注入，這些因素都將導致低的空穴注入效率，使得在有源區中電子與空穴的濃度嚴重不匹配，從而限制了LED的發光效率。怎樣解決或改善這兩大難題，提高綠光LED的發光效率勢在必行。

發明內容

本發明的目的是提出一種增加輻射復合、提高內量子效率的綠光氮化物LED外延片。

本發明包括依次設置在襯底上的低溫緩沖層、非故意摻雜的GaN層、N型電子注入層、N型InGaN/GaN插入層、多量子阱有源區、p-AlGaN電子阻擋層、P型空穴注入層和接觸層，所述多量子阱有源區包括4至20個量子阱有源區，每個量子阱有源區包括量子壘、量子阱和cap層，其特征在于在每個量子阱有源區的量子壘與量子阱之間設置一層In組分含量較低的In_xGa_(1-x)N材料層，組分x為3%~10%；在最后一個量子阱有源區的cap層上設置量子壘，在所述量子壘與p-AlGaN電子阻擋層之間設置空穴注入層。

本發明由于在量子壘與量子阱之間插入一層低In組分的In_xGa_(1-x)N材料層，這層結構能夠緩解QCSE效應帶來的電子與空穴波函數分離的現象，使得電子與空穴波函數在空間上重疊幾率變高。增加輻射復合，提高內量子效率。本發明還在最后一層量子壘與p-AlGaN電子阻擋層之間設置了空穴注入層，該空穴注入層在低溫生長，低溫有利于空穴的激發；另外在低In組分的In_xGa_(1-x)N材料層中，Mg的激活能也有所下降，使得Mg的電離率進一步上升。因為空穴注入層具有高空穴濃度，大大提高了空穴注入效率，使得綠光氮化物LED外延片的內量子效率大大提高。

本發明上述在量子壘與p-AlGaN電子阻擋層的空穴注入層可以為一層p型InGaN?材料，也可以為成對的p型InGaN/GaN超晶格材料。

本發明另一目的是提出具有增加輻射復合、提高內量子效率的綠光氮化物LED外延片的生長方法。

本發明方法包括：在襯底上依次生長低溫緩沖層、非故意摻雜的GaN層、N型電子注入層、N型InGaN/GaN插入層和由4至20個量子阱有源區組成的多量子阱有源區，每個量子阱有源區依次包括量子壘、量子阱和cap層；在p-AlGaN電子阻擋層上依次生長P型空穴注入層和接觸層；其特征在于在生長多量子阱有源區時于在每個量子阱有源區的量子壘與量子阱之間生長一層In組分含量較低的InGaN材料層；在最后一個量子阱有源區的cap層上生長量子壘，在所述量子壘上生長空穴注入層，在空穴注入層上生長p-AlGaN電子阻擋層。

在各量子壘的生長時，采用三甲基鎵作為Ga源與NH₃進行生長，生長的溫度條件為800～1000℃、壓力條件為290～420mbar，并采用SiH₄為Si源，對量子壘進行n型摻雜，摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3；生長的量子壘的厚度為8～18nm。