[發明專利]一種GaN基發光二極管外延結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201310079924.0
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN104051586A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 楊曉良;郝銳;吳質樸
• 申請（專利權）人: 江門市奧倫德光電有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于發光二極管外延生長領域，具體涉及一種GaN基發光二極管外延結構及其制備方法。

背景技術

近年來，III-V族氮化物已被證明是一種很有前途的制造高效率光電器件的材料，成功地實現了高效率的藍、綠、近紫外發光。相比于傳統光源，GaN基藍、綠發光二極管器件具有的高亮度、長壽命、低能耗、響應速度快等優點，廣泛應用于全彩顯示、信號指示、景觀照明等領域。

盡管InGaN基藍綠光LED在商業上已取得巨大成功，但是InN與GaN之間存在著很大的晶格失配，導致InGaN/GaN量子阱中存在著很大的壓應力。一方面，壓應力會產生壓電極化電場，引起能帶的傾斜，使電子和空穴波函數的交疊減少，量子阱的局域限制效果較差，造成內量子效率的下降，大電流注入下發生光效下降(efficiency?droop)的效應；另一方面，壓應力會影響量子阱中In的有效合并，使其難以形成晶體質量良好的高In組份的量子阱，從而使得長波長綠光LED的效率低于藍光LED，所以InGaN量子阱中應力的調制成為提高發光效率的關鍵因素之一。因此采用特殊的外延結構解決現有技術所制備的外延片由于應力的存在導致內部量子效率不高，大電流下容易發生光效下降等不足，以滿足當前LED行業形勢發展的基本要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種GaN基發光二極管外延結構及其制備方法，使阱的局域限制效果更好，電子與空穴復合機率變大，提高發光效率與高穩定溫度特性及抑制大電流注入下發生光效下降(efficiency?droop)的效應。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：一種GaN基發光二極管外延結構，其中包括依次層疊的襯底層、氮化鎵低溫緩沖層、未摻雜的高溫氮化鎵層、n型氮化鎵層、n型鋁銦鎵氮層、復合多量子阱層、p型電子阻擋層、p型氮化鎵層，其特征在于復合多量子阱層從下向上依次包括第一勢壘層、超晶格應力調制層、第二勢壘層、高溫淺量子阱層與低溫發光量子阱層。第一勢壘層與第二勢壘層為n型氮化鎵層或銦鎵氮層；超晶格應力調制層包括多組按順序循環生長的勢壘層和勢阱層；高溫淺量子阱層包括一組或多組按順序循環生長的高溫淺量子勢壘層和勢阱層；低溫發光量子阱層包括一組或多組按順序循環生長的預覆蓋層、低溫阱層、生長停頓層、覆蓋層及低溫勢壘層。其特征在于在InGaN低溫勢壘層的表面生長預覆蓋層，充當低溫阱層晶籽的InN層，促進類量子點結構InGaN低溫阱層的形成，生長停頓層控制InGaN低溫阱層類量子點的尺寸與密度，同時改善均勻性及長晶品質，覆蓋層對低溫阱層在溫度升高時的保護。

進一步地，上述超晶格結構的阱層In的摻雜量介于低溫發光量子阱層的有效壘層與高溫淺量子阱層的阱層之間，低溫發光量子阱層的預覆蓋層In的摻雜量介于高溫淺量子阱層的阱層與低溫發光量子阱層的有效阱層之間，并且有低溫發光量子阱層有效阱層In的摻雜量大于高溫淺量子阱層的阱層，高溫淺量子阱層的阱層In的摻雜量大于低溫發光量子阱層的有效壘層。

進一步地，上述充當低溫阱層晶籽的InN預覆蓋層厚度為1至30nm，類量子點結構InGaN低溫阱層的厚度為2nm至20nm，GaN覆蓋層的厚度為1nm至10nm，InGaN低溫勢壘層的厚度為5nm至20nm。

進一步地，上述生長停頓層為升高生長溫度10至50℃或者通入500至3000sccm的H2或者純氮氣氛圍控制低溫阱層類量子點的尺寸與密度，同時改善均勻性及長晶品質。

同時，本發明還提供一種GaN基發光二極管外延全結構的MOCVD制備方法，包括依次層疊的襯底層、氮化鎵低溫緩沖層、未摻雜的高溫氮化鎵層、n型氮化鎵層、n型鋁銦鎵氮層、復合多量子阱層、p型電子阻擋層、p型氮化鎵層，其特征在于復合多量子阱層從下向上依次包括第一勢壘層、超晶格應力調制層、第二勢壘層、高溫淺量子阱層與低溫發光量子阱層。

進一步地，上述第一勢壘層與第二勢壘層為n型氮化鎵層或銦鎵氮層，厚度在5nm至200nm之間，生長溫度在750℃至950℃之間，生長壓力在100Torr至500Torr之間。

進一步地，上述超晶格應力調制層為包括2至200個周期的InxGa1-xN/GaN(0＜x＜0.5)超晶格結構，阱InxGa1-xN的厚度在1nm至15nm之間，壘GaN的厚度在1nm至20nm之間，其中阱和壘的生長溫度在750℃至950℃之間；生長壓力在100Torr至500Torr之間。