CN106328785A - 一种可提高多量子阱复合效率的led外延结构 - Google Patents
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Abstract
一种可提高多量子阱复合效率的LED外延结构，涉及发光二极管外延技术领域。本发明从下至上依次包括衬底、GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱、电子阻挡层、P型GaN层和P型接触层。其结构特点是，所述多量子阱由InxGa(1‑x)N/AlN/GaN多量子阱所构成，其中0<x<0.2。所述多量子阱包括8‑12周的生长周期，生长压力为100‑300Torr，在氮气环境中生长。多量子阱的一个周期从下至上包括依次交替生长的GaN层、AlN层和InGaN层。同现有技术相比，本发明通过应变增加相分离来提高复合效率，从而提高LED效率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管外延技术领域，特别是一种可提高多量子阱复合效率的LED外延结构。
背景技术
III-V族氮化物发光二极管具有高效、节能、环保、寿命长等优点，其发光波长覆盖了整个可见光区，并包括红外区和紫外区。GaN基发光二极管在固态照明领域有着重要的应用。
在现有技术中， InGaN/GaN多量子阱结构使得GaN基发光二极管在小电流下的复合效率变高，但是随着注入电流的增加，InGaN和GaN之间的应变所引起的极化效应以及不平衡的载流子注入效率会造成电子溢流，从而导致LED效率降低，称为Efficiency Droop效应，同时载流子密度过高还会导致俄歇复合，进一步加剧了Efficiency
Droop效应。目前常见的降低Efficiency Droop效应的方法包括采用半极性衬底、AlInGaN电子阻挡层、InGaN
Barrier和AlInN Barrier等，但是效果均不理想。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种可提高多量子阱复合效率的LED外延结构。它通过应变增加相分离来提高复合效率，从而提高LED效率。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种可提高多量子阱复合效率的LED外延结构，从下至上依次包括衬底、GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱、电子阻挡层、P型GaN层和P型接触层。其结构特点是，所述多量子阱由InxGa(1-x)N/AlN/GaN多量子阱所构成，其中0<x<0.2。所述多量子阱包括8-12周的生长周期，生长压力为100-300Torr，在氮气环境中生长。多量子阱的一个周期从下至上包括依次交替生长的GaN层、AlN层和InGaN层。
在上述LED外延结构中，所述GaN层的厚度为100-150埃，生长温度为800-900℃。
在上述LED外延结构中，所述AlN层的厚度为5-15埃，生长温度为850-950℃。
在上述LED外延结构中，所述InGaN层的厚度为28-32埃，生长温度为750℃。
在上述LED外延结构中，所述衬底为蓝宝石衬底、GaN衬底或者Si衬底中的任一种。
本发明由于采用了上述结构，即生长InGaN/AlN/GaN多量子阱。该结构通过AlN和InGaN之间的应变来促进InGaN的三维生长，从而导致In的析出，使得电子和空穴局限在相分离处复合，从而提升电子、空穴的复合效率。同现有技术相比，本发明结构可以提高LED的亮度。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
参看图1，本发明可提高多量子阱复合效率的LED外延结构，从下至上依次包括衬底1、GaN缓冲层2、未掺杂GaN层3、N型GaN层4、多量子阱5、电子阻挡层6、P型GaN层7和P型接触层8。多量子阱5由InxGa(1-x)N/AlN/GaN多量子阱所构成，其中0<x<0.2。多量子阱5的一个周期从下至上包括依次交替生长的GaN层9、AlN层10和InGaN层11。多量子阱5包括8-12周的生长周期，生长压力为100-300Torr，在氮气环境中生长。衬底1为蓝宝石衬底、GaN衬底或者Si衬底中的任一种。
本发明LED外延结构采用以下具体实施方式：
实施例一：
（1）将蓝宝石衬底1在1000℃下进行高温清洁处理，时间为10min，然后进行氮化处理。
（2）将温度降低至500℃，生长GaN缓冲层2，厚度为100埃，压力为300Torr。
（3）不通TMGa，将温度升高至1000℃，对GaN缓冲层2进行退火处理，时间为3min，然后通入TMGa生长未掺杂GaN层3，厚度为1μm，压力为300Torr。
（4）通入乙硅烷，温度为1000℃，生长N型GaN层4，厚度2μm，压力为100Torr。
（5）N型GaN层4生长结束后，生长多量子阱5，多量子阱5由In0.1Ga0.9N/AlN/GaN（多量子阱所构成，GaN层9的生长温度为800℃，厚度为100埃，AlN层10的生长温度为850℃，厚度为5埃，InGaN层11的生长温度为750℃，厚度为28埃，多量子阱的生长压力为100Torr，多量子阱的周期数为8，在氮气环境中生长。
（6）多量子阱5生长结束后，温度升高至800℃，进行p型Al0.12Ga0.88N电子阻挡层6的生长，生长压力为100Torr，厚度为200埃。
（7）温度升高至1000℃，进行P型GaN层7的生长，生长压力为100Torr，厚度为200nm。
（8）P型GaN层7生长结束后，生长P型接触层8，生长温度为700℃，厚度为10nm。
（9）外延生长结束后，温度降至600℃，在纯氮条件下进行活化处理，时间持续10min，然后降至室温，最终得到LED外延片。
实施例二：
（1）将蓝宝石衬底1在1100℃下进行高温清洁处理，时间为20min，然后进行氮化处理。
（2）将温度降低至600℃，生长GaN缓冲层2，厚度为200埃，压力为450Torr。
（3）不通TMGa，将温度升高至1100℃，对GaN缓冲层2进行退火处理，时间为4min，然后通入TMGa生长未掺杂GaN层3，厚度为1.5μm，压力为400Torr。
（4）通入乙硅烷，温度为1100℃，生长N型GaN层4，厚度3μm，压力为200Torr。
（5）N型GaN层4生长结束后，生长多量子阱5，多量子阱5由In0.14Ga0.86N/AlN/GaN多量子阱所构成，GaN层9的生长温度为850℃，厚度为125埃，AlN层10的生长温度为900℃，厚度为10埃，InGaN层11的生长温度为750℃，厚度为30埃，多量子阱的生长压力为200Torr，多量子阱的周期数为10，在氮气环境中生长。
（6）多量子阱5生长结束后，温度升高至950℃，进行p型Al0.15Ga0.85N电子阻挡层6的生长，生长压力为200Torr，厚度为300埃。
（7）温度升高至1200℃，进行P型GaN层7的生长，生长压力为200Torr，厚度为300nm。
（8）P型GaN层7生长结束后，生长P型接触层8，生长温度为725℃，厚度为15nm。
（9）外延生长结束后，温度降至700℃，在纯氮条件下进行活化处理，时间持续20min，然后降至室温，最终得到LED外延片。
实施例三：
（1）将蓝宝石衬底1在1200℃下进行高温清洁处理，时间为30min，然后进行氮化处理。
（2）将温度降低至700℃，生长GaN缓冲层2，厚度为300埃，压力为600Torr。
（3）不通TMGa，将温度升高至1200℃，对GaN缓冲层2进行退火处理，时间为5min，然后通入TMGa生长未掺杂GaN层3，厚度为2μm，压力为500Torr。
（4）通入乙硅烷，温度为1200℃，生长N型GaN层4，厚度4μm，压力为300Torr。
（5）N型GaN层4生长结束后，生长多量子阱5，多量子阱5由In0.17Ga0.83N/AlN/GaN多量子阱所构成，GaN层9的生长温度为900℃，厚度为150埃，AlN层10的生长温度为950℃，厚度为15埃，InGaN层11的生长温度为750℃，厚度为32埃，多量子阱的生长压力为300Torr，多量子阱的周期数为12，在氮气环境中生长。
（6）多量子阱5生长结束后，温度升高至1100℃，进行p型Al0.18Ga0.82N电子阻挡层6的生长，生长压力为300Torr，厚度为400埃。
（7）温度升高至1300℃，进行P型GaN层7的生长，生长压力为300Torr，厚度为400nm。
（8）P型GaN层7生长结束后，生长P型接触层8，生长温度为750℃，厚度为20nm。
（9）外延生长结束后，温度降至800℃，在纯氮条件下进行活化处理，时间持续30min，然后降至室温，最终得到LED外延片。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，并不限于本发明的其它实施方式，凡属本发明的技术路线原则之内，所做的任何显而易见的修改、替换或改进，均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种可提高多量子阱复合效率的LED外延结构，从下至上依次包括衬底（1）、GaN缓冲层（2）、未掺杂GaN层（3）、N型GaN层（4）、多量子阱（5）、电子阻挡层（6）、P型GaN层（7）和P型接触层（8），其特征在于：所述多量子阱（5）由InxGa(1-x)N/AlN/GaN多量子阱所构成，其中0<x<0.2，所述多量子阱（5）包括8-12周的生长周期，生长压力为100-300Torr，在氮气环境中生长；多量子阱（5）的各周期从下至上包括依次交替生长的GaN层（9）、AlN层（10）和InGaN层（11）。
2.根据权利要求1所述的可提高多量子阱复合效率的LED外延结构，其特征在于：所述GaN层（9）的厚度为100-150埃，生长温度为800-900℃。
3.根据权利要求1或2所述的可提高多量子阱复合效率的LED外延结构，其特征在于：所述AlN层（10）的厚度为5-15埃，生长温度为850-950℃。
4.根据权利要求3所述的可提高多量子阱复合效率的LED外延结构，其特征在于：所述InGaN层（11）的厚度为28-32埃，生长温度为750℃。
5.根据权利要求4所述的可提高多量子阱复合效率的LED外延结构，其特征在于：所述衬底（1）为蓝宝石衬底、GaN衬底或者Si衬底中的任一种。
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