[發明專利]具有四元InAlGaN的LED外延結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201210554795.1
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN103022290A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 張宇;余小明;周佐華;農明濤
• 申請（專利權）人: 湘能華磊光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/12;H01L33/00;C23C16/44
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別地，涉及一種具有四元InAlGaN的LED外延結構及其制備方法。

背景技術

LED照明光源與傳統照明光源相比具有節約能源、體積小、發光效率高、壽命長、無污染以及色彩豐富等優點。作為照明光源，白光LED的能耗是白熾燈的1/8、熒光燈的1/2，且其壽命長達10萬個小時，并可實現無汞，對能源節約以及環境保護均具有重要意義。

雖然GaN基大功率型LED已經取得很大的進步（cree公司已經報道大功率白光LED的光效實驗研發水平達到231lm/w、日亞也有報道達到150lm/w、國內三安小功率也報道研發最高水平在180lm/w）,但是離理論值還是有一段距離，主要原因是由于InGaN、GaN、AlGaN三者之間存在較大的晶格匹配和極化應力，產生很強的壓電場，引起電子和空穴波函數分離，降低了量子效率。

為了提高電子和空穴復合概率，提高內部量子效率，人們在外延結構上也作出許多方案，比如Polarization-matched?InGaN/InGaN量子阱，即InGaN代替GaN作為量子阱的壘層；不對稱量子阱；Polarization-matched?InAlGaN/InGaN量子阱，即InAlGaN代替GaN作為量子阱的壘層等。目前未見有在多量子阱之前插入InAlGaN應力釋放層以提高量子效率的報道。

發明內容

本發明目的在于提供一種能降低量子阱中的壓電場、提高內部量子效率的具有四元InAlGaN的LED外延結構及其制備方法。以解決由于LED外延結構各層之間產生的壓電場引起電子和空穴波函數分離，降低了量子效率的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種具有四元InAlGaN的LED外延結構，包括：襯底，所述襯底上，由下至上依次設置有GaN緩沖層、未摻雜的GaN層、n型摻雜的GaN層、多量子阱發光層、p型摻雜的InAlGaN電子阻擋層和p型摻雜的GaN層，所述n型摻雜的GaN層及所述多量子阱發光層之間設置有InAlGaN應力釋放層。

作為本發明的LED外延結構進一步改進：

優選地，所述InAlGaN應力釋放層由自下而上依次分布的第一InAlGaN層和第二InAlGaN層組成，所述第一InAlGaN層的分子式為In_aAl_（0.15-a）Ga_0.75N，所述第二InAlGaN層的分子式為In_bAl_（0.15-b）Ga_0.75N，其中，所述a的取值范圍為0.03～0.05，所述b的取值范圍為0.10～0.12。

優選地，所述GaN緩沖層的厚度為20nm～30nm；

所述未摻雜的GaN層的厚度為2μm～2.5μm；

所述n型摻雜的GaN層的厚度為2μm～2.5μm；

所述InAlGaN應力釋放層的厚度為40nm～50nm；

所述多量子阱發光層的厚度為230nm～250nm；

所述p型摻雜的InAlGaN電子阻擋層的厚度為50nm～60nm；

所述p型摻雜的GaN層的厚度為200nm～250nm。

優選地，所述第一InAlGaN層的厚度為20nm～25nm；所述第二InAlGaN層的厚度為20nm～25nm。

優選地，所述n型摻雜的GaN層與所述InAlGaN應力釋放層之間設置有組分為未摻雜的GaN的量子阱壘層，所述量子阱壘層的厚度為60nm～80nm。

優選地，所述多量子阱發光層由15～16個周期的間隔布置的InGaN阱層和InAlGaN壘層疊加組成；所述多量子阱發光層中：單個周期的所述InGaN阱層的厚度為2.8nm～3nm；單個周期的所述InAlGaN壘層的厚度為12nm～13nm。

作為一個總的技術構思，本發明還提供了一種LED外延結構的制備方法，包括以下步驟：

S1：選擇襯底；

S2：H₂氣氛條件下，以TMGa為Ga源，以NH₃為N源，利用MOCVD方法在所述襯底上生長厚度為20nm～30nm的GaN緩沖層；再使所述GaN緩沖層重結晶；

S3：H₂氣氛條件下，以TMGa為Ga源，以NH₃為N源，利用MOCVD方法在所述GaN緩沖層上生長厚度為2μm～2.5μm的未摻雜的GaN層；