[實用新型]一種具有高質量InGaN/GaN有源層的LED外延結構

有效

• 申請號: 201420601588.1
• 申請日: 2014-10-17
• 公開（公告）號: CN204167348U
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 卓祥景;陳凱軒;林志偉;蔡建九;張永;姜偉;林志園;堯剛
• 申請（專利權）人: 廈門乾照光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/30
• 分類號: H01L33/30;H01L33/00
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 廖吉保;唐紹烈

技術領域

本實用新型涉及LED技術領域，尤其是指一種具有高質量InGaN/GaN有源層的LED外延結構。

背景技術

GaN基藍綠光發光二極管具有體積小、壽命長、功耗低、亮度高、易集成化等優點。現有技術中，GaN基藍綠光LED材料生長主要通過金屬有機化學氣相沉積系統（MOCVD）進行外延生長。由于GaN襯底價格較高，為節約成本，GaN基藍綠光LED通常異質外延在藍寶石、碳化硅等襯底上。由于異質外延存在的晶格失配和熱失配等問題，難以獲得高晶體質量的GaN基藍綠光LED外延片。

現有技術中，藍綠光LED均采用GaN與InN的合金InGaN材料作為發光有源區，通過調節InGaN量子阱中的In組分實現不同波長的發射，有源區InGaN材料的晶體質量直接影響藍綠光LED的發光效率。

在常規的GaN基藍綠光LED生長中，主要包括低溫緩沖層、非故意摻雜層、N型摻雜層的生長，多量子阱有源層的生長和P型摻雜AlGaN層，以及P型摻雜GaN層的生長。其中低溫緩沖層的生長溫度在500-600℃之間；非故意摻雜層、N型摻雜層、P型摻雜AlGaN層、P型摻雜GaN層的生長溫度在950-1150℃之間；多量子阱有源層生長步驟包括：在反應溫度750-900℃生長8-15nm?GaN?壘層，之后降溫至650-800℃生長2-5nmInGaN阱層，然后升高溫度到750-900℃再生長8-15nmGaN?壘層，以此重復周期結構的生長。在整個多量子阱有源層的生長過程中，主載氣和有機源的載氣均為N₂。

由于In原子的蒸汽壓比Ga原子高，生長InGaN時，In原子難以并入，因此多量子阱有源層通常在N₂為主載氣的氛圍下進行低溫生長。為了提高In組分，通常選用較高的TMIn分壓，這容易在InGaN量子阱生長表面析出In滴，降低有源區的晶體質量。此外，由于異質外延的應力延伸和GaN與InN之間本身的晶格失配，使得多量子阱有源層應力積累嚴重，加大材料生長的困難。雖然在N₂氛圍下可以加大In組分的并入，然而N₂氛圍下生長的GaN薄膜表面較為粗糙，晶體質量相對較差。

在高溫下，InGaN薄膜會遭到破壞，降低晶體質量。由于壘層的生長溫度高于阱層，并且P型摻雜的AlGaN層是在高溫下生長，使得已經生長的阱層遭到破壞。

多量子阱有源層之后生長的AlGaN層由于進行了P型Mg摻雜，使得Mg原子會向有源區擴散，形成非輻射復合中心，降低發光效率。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種具有高質量InGaN/GaN有源層的LED外延結構，以獲得高質量InGaN/GaN有源層，提高LED發光效率。

為達成上述目的，本實用新型的解決方案為：

一種具有高質量InGaN/GaN有源層的LED外延結構，在襯底上依次生長緩沖層、非故意摻雜層、N型摻雜層、應力平衡層、In_xGa_1-xN/GaN有源層、空穴注入層、電子阻擋層及P型摻雜層；In_xGa_1-xN/GaN有源層由多組In_xGa_1-xN量子阱層及GaN量子壘層構成，其中0.1<x<0.3。

進一步，在每一組In_xGa_1-xN量子阱層及GaN量子壘層之間生長GaN保護層。

進一步，應力平衡層為In_yGa_1-yN層，N型摻雜濃度為5×10¹⁷-5×10¹⁸。

進一步，In_yGa_1-yN層的厚度大于等于有源層總厚度的一半，且In組分取值為y使得In_yGa_1-yN的晶格常數滿足：

(a_InyGa1-yN?-a_GaN?barrier)t_{GaN?barrier?=}(a_InGaN?well-?a_InyGa1-yN)t_InGaN?well

即有源層的平均應力等于應力平衡層In_yGa_1-yN的應力。其中a_i代表對應層材料的晶格常數，t_i代表對應層的厚度。