一種led外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及LED技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種LED外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] LED市場(chǎng)上現(xiàn)在要求LED芯片驅(qū)動(dòng)電壓低，特別是大電流下驅(qū)動(dòng)電壓越小越好、光 效越高越好;LED市場(chǎng)價(jià)值的體現(xiàn)為光效與單價(jià)的比值，光效越好，價(jià)格越高，所以，LED高光 效一直是LED廠家和院校LED研究所所追求的目標(biāo)。
[0003] LED的光效很大程度和發(fā)光層材料特性相關(guān)，所以，制作優(yōu)良的發(fā)光層成為提高 LED光效的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)GaN基LED藍(lán)綠光發(fā)光器件的制作涉及到發(fā)光層大多是采用氮化 銦鎵/氮化鎵(I nGaN/GaN)超晶格形成的多量子阱層組成。由于氮化銦（InN)和氮化鎵(GaN) 晶格常數(shù)不同，所形成的InGaN阱與GaN皇之間存在較大的晶格失配，當(dāng)晶格發(fā)生弛豫時(shí)，就 會(huì)使得量子阱中的In組分產(chǎn)生波動(dòng)，并形成失配位錯(cuò)，對(duì)材料的質(zhì)量造成破壞;此外要獲得 高質(zhì)量的GaN就需要較高的生長(zhǎng)溫度，這樣會(huì)對(duì)阱中的In組分分布造成破壞。此外，由于GaN 系材料晶體結(jié)構(gòu)的非反演對(duì)稱性，當(dāng)存在應(yīng)力時(shí)，就會(huì)在材料內(nèi)部產(chǎn)生壓電電場(chǎng)，對(duì)整個(gè)結(jié) 構(gòu)內(nèi)部的勢(shì)能曲線產(chǎn)生影響，造成勢(shì)能曲線的傾斜，使得同一量子阱中電子和空穴的空間 分離，形成所謂的量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)，降低器件的發(fā)光效率。此外，隨電流增大，會(huì) 使得發(fā)光波長(zhǎng)藍(lán)移。由于晶格失配形成的壓電電場(chǎng)使得能帶彎曲，造成載流子過沖，形成效 應(yīng)。由此可見，改善皇與阱的失配對(duì)提高材料質(zhì)量和器件的發(fā)光特性十分重要。現(xiàn)有技術(shù)中 生產(chǎn)的LED結(jié)構(gòu)達(dá)不到亮度要求。
[0004] 綜上所述，急需一種結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、能大大提高光效以及便于工業(yè)化生產(chǎn)的LED外延結(jié) 構(gòu)及其生產(chǎn)方法以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的第一目的在于提供一種結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)且具有高光效的LED外延結(jié)構(gòu)，具體技 術(shù)方案如下：
[0006] -種LED外延結(jié)構(gòu)，由下至上依次包括藍(lán)寶石襯底、低溫緩沖層、GaN層、摻雜Si的N 型GaN層、發(fā)光層、P型AlGaN層以及摻Mg的P型GaN層；
[0007] 所述發(fā)光層包括周期數(shù)為6-16個(gè)發(fā)光單層，每個(gè)所述發(fā)光單層由上至下依次包括 低銦組分層、銦漸變層、高銦組分層以及GaN皇層，其中：所述低銦組分層中銦的含量固定不 變，其含量為3 %-10 % ;所述高銦組分層中銦的含量保持不變，其含量為20 %-30 % ;由上至 下，所述銦漸變層內(nèi)銦的含量由所述低銦組分層中銦的含量漸變到所述高銦組分層中銦的 含量。
[0008] 以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述低溫緩沖層的厚度為20-30nm;
[0009] 所述GaN層的厚度為3-4wn;
[0010] 所述摻雜Si的N型GaN層的厚度為3-4wn;
[0011]所述發(fā)光單層中：所述低銦組分層以及銦漸變層的厚度均為0.2-0.6nm;所述高銦 組分層的厚度為1.5-3nm;所述GaN皇層的厚度為ll-12nm;
[0012] 所述p型AlGaN層的厚度為20-30nm;
[0013] 所述摻Mg的P型GaN層的厚度為100-150nm。
[0014] 應(yīng)用本發(fā)明的LED外延結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的發(fā)光層結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)為低銦組分層、銦漸變 層、高銦組分層以及GaN皇層四個(gè)部分的組合，發(fā)光層含有6-16個(gè)周期的勢(shì)阱InGaN和勢(shì)磊 GaN，參與發(fā)光的是靠近P型AlGaN層的4-6個(gè)周期的勢(shì)阱InGaN和勢(shì)磊GaN，靠近N型GaN層由 于空穴濃度非常低，電子和空穴不產(chǎn)生發(fā)光復(fù)合，因此，本發(fā)明通過各層中銦含量的分布起 伏，調(diào)節(jié)發(fā)光層的能帶，提高電子和空穴波函數(shù)的交疊積分，提高電子和空穴的復(fù)合效率， 從而提尚LED內(nèi)量子效率，實(shí)現(xiàn)提尚LED的光效，與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的廣品比現(xiàn)有技術(shù) 產(chǎn)品光效提高8 %-13 %。
[0015] 本發(fā)明的第二目的在于提供一種LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，具體包括以下步驟：
[0016] -種LED外延的生長(zhǎng)方法，包括生長(zhǎng)發(fā)光層，所述發(fā)光層的生長(zhǎng)過程具體是：生長(zhǎng) 周期數(shù)為多個(gè)的發(fā)光單層，所述發(fā)光單層的生長(zhǎng)過程具體是:先在700°C-75(TC溫度下生長(zhǎng) 摻雜銦的厚度為0.2-0.6nm的In xlGa(1-xl)N低銦組分層，其中xl =0.03-0.10且該層銦含量固 定不變;其次繼續(xù)生長(zhǎng)摻雜銦的厚度為〇. 2-0.6nm的Inx2Ga(1-x2)N銦漸變層;再生長(zhǎng)摻雜銦的 厚度為1 ? 5-3nm的Inx3Ga(1-x3)N高銦組分層，其中x3 = 0 ? 20-0 ? 30且該層銦含量固定不變;最 后在溫度為800-850°C條件下生長(zhǎng)GaN皇層;所述銦漸變層由上至下其內(nèi)部銦的含量由所述 低銦組分層中銦的含量漸變到所述高銦組分層中銦的含量。
[0017]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，還包括：
[0018] 藍(lán)寶石襯底的預(yù)處理，具體是:在1000°C_1200°C的氫氣氣氛下高溫處理藍(lán)寶石襯 底3-5分鐘；
[0019] 生長(zhǎng)低溫緩沖層，具體是：將經(jīng)過第一步處理后的藍(lán)寶石襯底降溫至530°C-560 °C ;在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)厚度為20-30nm的低溫緩沖層；
[0020] 生長(zhǎng)GaN層，具體是:升高溫度至1000°c-l 100°C，在所述低溫緩沖層上持續(xù)生長(zhǎng)厚 度為3-4mi的GaN層；
[0021 ] 生長(zhǎng)摻雜Si的N型GaN層，具體是:在所述GaN層上生長(zhǎng)厚度為3-4wii持續(xù)摻雜Si的N 型GaN層，其中，所述Si的摻雜濃度為lE19-2E19atoms/cm3;
[0022] 生長(zhǎng)P型AlGaN層，具體是:升高溫度至900°C-930°C，在所述發(fā)光層上持續(xù)生長(zhǎng)厚 度為20-30nm的P型AlGaN層，其中：A1的摻雜濃度為lE20-2E20atoms/cm3，Mg的摻雜濃度為 8E18_lE19atoms/cm3;
[0023] 生長(zhǎng)摻Mg的P型GaN層，具體是:溫度升至930°C-1000°C，在所述P型AlGaN層上持續(xù) 生長(zhǎng)厚度為100_150nm的摻Mg的P型GaN層，其中，Mg的摻雜濃度為5E18-lE19atoms/cm3〇 [0024]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，還包括后處理，所述后處理具體是:生長(zhǎng)完成P型GaN層后 降溫至700°C_750°C，保溫20-30min，冷卻后即得LED外延結(jié)構(gòu)。
[0025]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述發(fā)光單層的生長(zhǎng)周期數(shù)為6-16個(gè)。
[0026]應(yīng)用本發(fā)明的LED生長(zhǎng)方法，工藝步驟精簡(jiǎn)，采用對(duì)三甲基銦的流量調(diào)節(jié)來控制發(fā) 光層中銦的含量變化，操作方便，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0027]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。 下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0028] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0029] 圖1是對(duì)比實(shí)施例的具有10個(gè)發(fā)光單層的LED外延結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0030] 圖2是圖1中單個(gè)發(fā)光單層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖3是圖1中LED外延結(jié)構(gòu)的能帶示意圖；
[0032] 圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例1具有10個(gè)發(fā)光單層的LED外延結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0033] 圖5是圖4中單個(gè)發(fā)光單層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖6是圖4中LED外延結(jié)構(gòu)的能帶示意圖；
[0035] 圖7是對(duì)比實(shí)施例和本發(fā)明實(shí)施例1-5LED外延結(jié)構(gòu)做成LED產(chǎn)品后的亮度比較圖；
[0036] 其中，1、藍(lán)寶石襯底，2、低溫緩沖層，3、GaN層，4、摻雜Si的N型GaN層，5、發(fā)光層， 51、發(fā)光單層，511、低銦組分層，512、銦漸變層，513、高銦組分層，514、GaN皇層，5'、現(xiàn)有的 發(fā)光層，51'、現(xiàn)有的發(fā)光單層，511'、摻銦的氮化銦鎵層，512'、不摻雜銦的GaN層，6、P型 AlGaN層，7、摻Mg的P型GaN層。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以根據(jù)權(quán)利要求限 定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0038] 對(duì)比實(shí)施例1:
[0039] 參見圖1以及圖2,一種LED外延結(jié)構(gòu)，由下至上依次