CN104134730B - Mg掺杂电子阻挡层的外延片,生长方法及LED结构 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种Mg掺杂电子阻挡层的外延片,生长方法及LED结构,所述的外延片从下至上依次为:衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层,在所述的GaN垒层上为AlGaN/GaN电子阻挡层,所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上为低温P型GaN层,所述的低温P型GaN层上为掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上为高温P型GaN层,所述的高温P型GaN层上为P型接触层。本发明的优点是:提高P层向多量子阱中注入的空穴浓度;同时,增强电子阻挡作用,以提高出光效率,可显著提升亮度。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域,涉及一种Mg掺杂电子阻挡层的外延片,生长方法及LED结构。
背景技术
氮化镓基材料,包括InGaN、GaN、AlGaN合金,为直接带隙半导体,且带隙从1.8-6.2eV连续可调,具有宽直接带隙、强化学键、耐高温、抗腐蚀等优良性能,是生产短波长高亮度发光器件、紫外光探测器和高温高频微电子器件的理想材料,广泛应用于全彩大屏幕显示,LCD背光源、信号灯、照明等领域。提高氮化镓基LED发光效率的途径有以下两个:一、提高内量子效率;二、提高外量子效率。目前,制约着内量子效率的提升的一个重要因素是P层注入有源区的空穴浓度问题。因为P层中的空穴浓度受Mg在GaN中的掺杂效率和电离效率的影响,P层Mg的掺杂浓度及空穴浓度难以实现较高的水平,导致注入有源区的空穴量较少,并且分布不均匀,主要集中分布在最后3~5个量子阱中。
公布号为CN102194939A的专利文献公布了一种氮化镓基LED外延片及其生长方法,其结构包括:衬底、氮化镓基缓冲层、非掺杂氮化镓层、n型氮化镓层、多量子阱层、p型铝镓氮层、p型氮化镓层和接触层。其生长方法包括:在1050~1250℃下在H2环境中高温净化蓝宝石衬底5~10分钟;降温至530~560℃生长20~35nm厚度的低温氮化镓基缓冲层;升温至1100~1200℃生长1~2.5μm厚度的非掺杂氮化镓层;生长1.5~3μm厚度的n型氮化镓层;降温至740~860℃,生长5~15个周期的InGaN/GaN的多量子阱层;升温至950~1080℃,生长30~120nm厚度的p型铝镓氮层;生长150~400nm厚度的p型氮化镓层。现有技术的显著缺点是:结晶质量差,后续需要生长结晶质量较好的低掺或不掺的GaN层进行弥补覆盖,覆盖层会阻挡光的取出,制约氮化镓基LED亮度提升,降低外量子效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种Mg掺杂电子阻挡层的外延片,其能够解决生产实际中存在的制约氮化镓基LED亮度提升的问题。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种Mg掺杂电子阻挡层的外延片,其结构从下至上依次为:衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层,其特征在于:
在所述的GaN垒层上为AlGaN/GaN电子阻挡层,所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上为低温P型GaN层,所述的低温P型GaN层上为掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上为高温P型GaN层,所述的高温P型GaN层上为P型接触层。
优选地,其中,所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层为超晶格结构,周期数为10,Mg掺杂浓度为1E+20~1E+22atom/cm3。
优选地,其中,所述的高温P型GaN层的厚度为30~90nm。
一种Mg掺杂电子阻挡层的外延片的生长方法,依次包括处理衬底,生长低温GaN缓冲层,生长高温GaN缓冲层,生长n型GaN层,生长n型AlGaN层,生长n型接触层,生长多量子阱层,生长GaN垒层的步骤,其特征在于,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层;
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层;
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层;
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层;
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层。
优选地,其中,所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长周期数为10,AlGaN/InGaN厚度为1~2.5nm,总厚度为20~50nm。
优选地,其中,所述的AlGaN/GaN电子阻挡层,Al掺杂浓度为5E+19~1E+20atom/cm3;
所述的P型AlGaN/InGaN电子阻挡层,Al掺杂浓度为1E+20atom/cm3;Mg掺杂浓度为1E+20~1E+22atom/cm3。
优选地,其中,所述的高温P型GaN层的厚度为30~90nm。
优选地,其中,所述的AlGaN/GaN电子阻挡层的生长温度在810~850℃;
所述的低温P型GaN层的生长温度在700~800℃;
所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层的生长温度在900~1000℃;
所述的高温P型GaN层的生长温度在900~1000℃;
所述的P型接触层的生长温度在900~1000℃。
优选地,其中,所述的AlGaN/GaN电子阻挡层的厚度在8~12nm;
所述的低温P型GaN层的厚度在50~80nm;
所述的P型接触层的厚度在6~10nm。
一种LED结构,包括衬底,设置在所述衬底上的外延片,以及设置在所述外延片上的P电极和N电极,其特征在于,所述的外延片为权利要求1至3中任何一项所述的外延片。
本发明的有益效果为:
第一,通过P型AlGaN/InGaN高温、高Mg生长,将P型AlGaN/InGaN超晶格中Mg的浓度提高1~2数量级,提高P层向多量子阱中注入的空穴浓度;同时,多量子阱生长完之后引入AlGaN/GaN超晶格生长,增强电子阻挡作用。
第二,提高P型AlGaN/InGaN电子阻挡层中Mg的掺杂量来获得更多的空穴,以增加P层注入有源区的空穴量,提高了空穴向多量子阱中的注入效率,减薄P型GaN层厚度,以提高出光效率,制备的外延片可提升亮度2~5个百分点,具有高亮度的优点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1是本发明的Mg掺杂电子阻挡层的LED结构示意图;
图2是本发明与现有技术对比的试验的LED亮度试验数据分布示意图。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语,故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内,本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题,基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式,然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的,并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
实施例1
请参照图1,本发明的Mg掺杂电子阻挡层的LED外延片从下至上依次为:衬底1,低温GaN缓冲层2,高温GaN缓冲层3,n型GaN层4,n型AlGaN层5,n型接触层6,多量子阱层7,GaN垒层8,在所述的GaN垒层8上为AlGaN/GaN电子阻挡层9,所述的AlGaN/GaN电子阻挡层9上为低温P型GaN层10,所述的低温P型GaN层10上为掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层11,所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层11上为高温P型GaN层12,所述的高温P型GaN层12上为P型接触层13,以及设置在所述外延片上的P电极14和N电极15。
本实施例的Mg掺杂电子阻挡层的外延片的生长方法依次包括:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在810℃~850℃之间,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度8~12nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在700℃~800℃之间,厚度在50~80nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在900℃~1000℃之间,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20~1E+22atom/cm3,总厚度30nm~50nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在900℃~1000℃之间,厚度在40nm~80nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在900℃~1000℃之间,厚度6nm~10nm。
优选地,AlGaN/GaN电子阻挡层,其中Al组分对电压及亮度都会产生影响,优选Al浓度在5E+19~1E+20cm-3之间,总厚度10nm,在保证对电子的阻挡作用的情况下尽可能降低对空穴的阻挡作用,提高空穴向多量子阱结构7中注入的效率。
优选的,所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层为超晶格结构,周期数为10,生长温度在950℃~960℃,总厚度在40nm~50nm,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20~1E+22atom/cm3。此结构中Mg浓度提升1~2数量级,节省时间5分钟左右。P型AlGaN/InGaN超晶格Mg浓度的提升使空穴浓度提升,同时总厚度只有原来总厚度的1/2,缩短空穴向多量子阱的迁移距离,更有助于空穴向量子阱区的注入。
优选的,高温P型GaN层,生长温度在950℃~960℃,总厚度60nm~70nm。该层厚度减薄有利于光取出,但P型AlGaN/InGaN超晶格11生长完成后表面比较粗糙,高温P型GaN层需要将表面填平后再继续生长P型接触层13,根据优化结果,高温P型GaN层需要生长60nm以上表面才比较平整。
实施例2
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在810℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度8nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在700℃,厚度在50nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在900℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20~1E+22atom/cm3,总厚度30nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在900℃,厚度在40nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在900℃,厚度6nm。
实施例3
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在850℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度12nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在800℃,厚度在80nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在1000℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20~1E+22atom/cm3,总厚度50nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在1000℃,厚度在80nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在1000℃,厚度10nm。
实施例4
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在815℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度8.5nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在710℃,厚度在55nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在910℃之间,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20~1E+22atom/cm3,总厚度32nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在910℃,厚度在43nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在910℃,厚度6.2nm。
实施例5
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在845℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度11.5nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在792℃,厚度在77nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在990℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20~1E+22atom/cm3,总厚度47nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在990℃,厚度在74nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在990℃,厚度8.6nm。
实施例6
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在820℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度8.2nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在730℃,厚度在59nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在970℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20~1E+22atom/cm3,总厚度35nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在920℃,厚度在49nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在920℃,厚度6.9nm。
实施例7
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在825℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度10nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在750℃,厚度在65nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在950℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20~1E+22atom/cm3,总厚度40nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在950℃,厚度在60nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在950℃,厚度8nm。
实施例8
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在829℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度11nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在754℃,厚度在66nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在954℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20~1E+22atom/cm3,总厚度41nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在954℃,厚度在61nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在954℃,厚度9nm。
实施例9
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在821℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度9nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在745℃,厚度在63nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在945℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20~1E+22atom/cm3,总厚度39nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在949℃,厚度在59nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在950℃,厚度8nm。
实施例10
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在827℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度11.2nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在780℃,厚度在66nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在959℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20~1E+22atom/cm3,总厚度41nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在970℃,厚度在62nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在955℃,厚度8.5nm。
实施例11
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在810℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度8nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在700℃,厚度在50nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在900℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20atom/cm3,总厚度30nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在900℃,厚度在40nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在900℃,厚度6nm。
实施例12
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在850℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度12nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在800℃,厚度在80nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在1000℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20atom/cm3,总厚度50nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在1000℃,厚度在80nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在1000℃,厚度10nm。
实施例13
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在815℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度8.5nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在710℃,厚度在55nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在910℃之间,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+20atom/cm3,总厚度32nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在910℃,厚度在43nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在910℃,厚度6.2nm。
实施例14
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在845℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度11.5nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在792℃,厚度在77nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在990℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+22atom/cm3,总厚度47nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在990℃,厚度在74nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在990℃,厚度8.6nm。
实施例15
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在820℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度8.2nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在730℃,厚度在59nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在970℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+22atom/cm3,总厚度35nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在920℃,厚度在49nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在920℃,厚度6.9nm。
实施例16
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在825℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度10nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在750℃,厚度在65nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在950℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+22atom/cm3,总厚度40nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在950℃,厚度在60nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在950℃,厚度8nm。
实施例17
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在829℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度11nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在754℃,厚度在66nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在954℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+21atom/cm3,总厚度41nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在954℃,厚度在61nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在954℃,厚度9nm。
实施例18
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在821℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度9nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在745℃,厚度在63nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在945℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+21atom/cm3,总厚度39nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在949℃,厚度在59nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在950℃,厚度8nm。
实施例19
本实施例方法的:处理衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层的步骤与实施例1相同,还包括:
在所述的GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,该阻挡层为非刻意掺杂的AlGaN/GaN超晶格结构,生长温度在827℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,总厚度11.2nm。
在所述的AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层,生长温度在780℃,厚度在66nm。
在所述的低温P型GaN层上生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层,生长温度在959℃,Al浓度在1E+20atom/cm3,Mg浓度在1E+21atom/cm3,总厚度41nm。
在所述的AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,生长温度在970℃,厚度在62nm。
在所述的高温P型GaN层上生长P型接触层,生长温度在955℃,厚度8.5nm。
试验
请参见图2,本发明的Mg掺杂电子阻挡层的外延片与现有技术进行亮度对比,将P型AlGaN/InGaN超晶格中Mg的浓度提高1~2数量级,高Mg的掺杂量来获得更多的空穴,增加P层注入有源区的空穴量和减薄P型GaN层厚度,优点是提升了亮度2%~5%。
本发明的有益效果为:
第一,通过P型AlGaN/InGaN高温、高Mg生长,将P型AlGaN/InGaN超晶格中Mg的浓度提高1-2数量级,提高P层向多量子阱中注入的空穴浓度;同时,多量子阱生长完之后引入AlGaN/GaN超晶格生长,增强电子阻挡作用。
第二,提高P型AlGaN/InGaN电子阻挡层中Mg的掺杂量来获得更多的空穴,以增加P层注入有源区的空穴量,提高了空穴向多量子阱中的注入效率,减薄P型GaN层厚度,以提高出光效率,制备的外延片可提升亮度2~5个百分点,具有高亮度的优点。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例,但如前所述,应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述申请构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围,则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种Mg掺杂电子阻挡层的外延片,其自下而上依次包括:衬底,低温GaN缓冲层,高温GaN缓冲层,n型GaN层,n型AlGaN层,n型接触层,多量子阱层,GaN垒层,其特征在于:所述Mg掺杂电子阻挡层的外延片,进一步包括:
形成于所述GaN垒层上的AlGaN/GaN电子阻挡层,所述AlGaN/GaN电子阻挡层的总厚度为10nm,其中Al的浓度为5E+19atom/cm-3~1E+20atom/cm-3;
形成于所述AlGaN/GaN电子阻挡层上的低温P型GaN层;
形成于所述低温P型GaN层上的掺杂Mg的AlGaN/InGaN电子阻挡层,所述AlGaN/InGaN电子阻挡层为超晶格结构,总厚度为40nm~50nm,生长周期数为10,Al的浓度为1E+20atom/cm3,Mg的浓度为1E+20atom/cm3~1E+22atom/cm3;
形成于所述AlGaN/InGaN电子阻挡层上的高温P型GaN层,所述高温P型GaN层的总厚度为60nm~70nm,以及,
形成于所述高温P型GaN层上的P型接触层。
2.一种Mg掺杂电子阻挡层的外延片的生长方法,依次包括处理衬底,生长低温GaN缓冲层,生长高温GaN缓冲层,生长n型GaN层,生长n型AlGaN层,生长n型接触层,生长多量子阱层,生长GaN垒层的步骤,其特征在于,还包括:
在所述GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层,所述AlGaN/GaN电子阻挡层的总厚度为10nm,其中Al的浓度为5E+19atom/cm-3~1E+20atom/cm-3;
在所述AlGaN/GaN电子阻挡层上生长低温P型GaN层;
在所述低温P型GaN层上生长掺杂Mg的AlGaN/InGaN电子阻挡层,所述AlGaN/InGaN电子阻挡层为超晶格结构,总厚度为40nm~50nm,生长周期数为10,Al的浓度为1E+20atom/cm3,Mg的浓度为1E+20atom/cm3~1E+22atom/cm3;
在所述AlGaN/InGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层,所述高温P型GaN层的总厚度为60nm~70nm;
在所述高温P型GaN层上生长P型接触层。
3.根据权利要求2所述的生长方法,其特征在于:
所述AlGaN/GaN电子阻挡层的生长温度在810~850℃;
所述低温P型GaN层的生长温度在700~800℃;
所述AlGaN/InGaN电子阻挡层的生长温度在900~1000℃;
所述高温P型GaN层的生长温度在900~1000℃;
所述P型接触层的生长温度在900~1000℃。
4.一种LED结构,包括衬底,设置在所述衬底上的外延片,以及设置在所述外延片上的P电极和N电极,其特征在于,所述的外延片为权利要求1中所述的外延片。
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