CN108470806B - GaN基LED发光结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种GaN基LED发光结构，包括：衬底，以及外延层，所述外延层形成于所述衬底上，包括依次堆叠的：n型掺杂的GaN层；第一InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为4％；第二InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为8％；第三InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为12％；第四InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为14％；第五InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为16％；p型掺杂的GaN层。本申请公开了一种GaN基LED发光结构的制作方法。本发明中通过In组分梯度渐变的量子阱结构，可以有效地减小量子阱有源区的极化效应，使得电子和空穴的波函数重叠率提高，能够有效提高发光效率。

Description

GaN基LED发光结构及其制作方法
技术领域
本申请涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种GaN基LED发光结构及其制作方法。
背景技术
在LED(Light Emitting Diode，发光二极管)产业的发展中，宽带隙(Eg＞2.3eV)半导体材料GaN发展异常迅速，GaN基LED很快实现了商业化。
传统的GaN基发光二极管的外延片包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上依次生长的缓冲层、无掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层和P型层。其中，多量子阱层为超晶格结构，每个周期包括交替生长的InGaN层和GaN层。多量子阱层中的InGaN层中存在较大的压应力，该压应力随着In组分的增加而增强，这种压应力会使阴离子和阳离子的排列发生移动，在InGaN层和GaN层界面处产生极化电荷，并在InGaN层和GaN层产生内建极化电场，压电极化又会引起量子限制斯塔克效应，从而降低LED的内量子效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种GaN基LED发光结构及其制作方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开一种GaN基LED发光结构，包括：
衬底，以及
外延层，所述外延层形成于所述衬底上，包括依次堆叠的：
n型掺杂的GaN层；
第一InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为4％；
第二InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为8％；
第三InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为12％；
第四InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为14％；
第五InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为16％；
p型掺杂的GaN层。
优选的，在上述的GaN基LED发光结构中，所述衬底为蓝宝石衬底。
优选的，在上述的GaN基LED发光结构中，所述衬底和n型掺杂的GaN层之间还设置有未掺杂的GaN层。
优选的，在上述的GaN基LED发光结构中，所述第一InGaN/GaN量子阱层、第二InGaN/GaN量子阱层、第三InGaN/GaN量子阱层中，GaN材料为Si掺杂。
优选的，在上述的GaN基LED发光结构中，所述第四InGaN/GaN量子阱层和第五InGaN/GaN量子阱层中的GaN材料无掺杂。
优选的，在上述的GaN基LED发光结构中，所述n型掺杂的GaN层和第一InGaN/GaN量子阱层之间设置有应力释放层。
优选的，在上述的GaN基LED发光结构中，所述应力释放层为超晶格结构，所述应力释放层的每个周期包括InxGa1-xN层和生长在所述InxGa1-xN层之上的GaN层，0<x＜y。
优选的，在上述的GaN基LED发光结构中，所述第五InGaN/GaN量子阱层和p型掺杂的GaN层之间设置有电子阻挡层。
优选的，在上述的GaN基LED发光结构中，所述电子阻挡层为AlyGa1-yN层，0＜y＜1。
相应的，本申请还公开了一种GaN基LED发光结构的制作方法，包括：
提供衬底；
在衬底上形成外延层，外延层包括依次堆叠的：
n型掺杂的GaN层；
第一InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为4％；
第二InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为8％；
第三InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为12％；
第四InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为14％；
第五InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为16％；
p型掺杂的GaN层。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中通过In组分梯度渐变的量子阱结构，可以有效地减小量子阱有源区的极化效应，使得电子和空穴的波函数重叠率提高，能够有效提高发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中GaN基LED发光结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合图1所示，GaN基LED发光结构，包括衬底10以及形成于衬底10上的外延层20。
在优选的实施例中，所述衬底10为蓝宝石衬底。
该技术方案中，蓝宝石衬底具有价格便宜，制造成本低的优点。
外延层20包括依次堆叠的：
n型掺杂的GaN层21；
第一InGaN/GaN量子阱层22，其中In组分掺杂比例为4％；
第二InGaN/GaN量子阱层23，其中In组分掺杂比例为8％；
第三InGaN/GaN量子阱层24，其中In组分掺杂比例为12％；
第四InGaN/GaN量子阱层25，其中In组分掺杂比例为14％；
第五InGaN/GaN量子阱层26，其中In组分掺杂比例为16％；
p型掺杂的GaN层27。
在本发明的一个实施例中，GaN基LED外延片还可以包括位于衬底10与外延层20之间的未掺杂的GaN层。该技术为本领域公知，故不赘述。需要说明的是，未掺杂的GaN层30是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，所述n型掺杂的GaN层21和第一InGaN/GaN量子阱层22之间设置有应力释放层28。
在优选的实施例中，所述应力释放层28为超晶格结构，所述应力释放层28的每个周期包括InxGa1-xN层和生长在所述InxGa1-xN层之上的GaN层，0<x＜y。其中每层InxGa1-xN厚度为1-20nm，每层GaN厚度为15-85nm。应力释放层用于释放应力，减少晶格失配。需要说明的是，应力释放层是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，所述第五InGaN/GaN量子阱层26和p型掺杂的GaN层27之间设置有电子阻挡层29。
在优选的实施例中，所述电子阻挡层为AlyGa1-yN层，0＜y＜1。
电子阻挡层29用于阻挡电子，提高发光效率。需要说明的是，电子阻挡层29是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，所述第一InGaN/GaN量子阱层22、第二InGaN/GaN量子阱层23、第三InGaN/GaN量子阱层24中，GaN材料为Si掺杂。
在本发明的一个实施例中，所述第四InGaN/GaN量子阱层25和第五InGaN/GaN量子阱层26中的GaN材料无掺杂。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，本实施例以三甲基镓、三乙基镓、三甲基铝、三甲基铟、二茂镁、氨气、硅烷(作为沉积材料，以氢气、氮气作为载气，采用MOCVD技术形成GaN基LED外延片。包括步骤：
(1)、在蓝宝石衬底上依次生长未掺杂的GaN层30和n型掺杂的GaN层21；
(2)、生长超晶格结构的应力释放层28；
(3)、依次生长：
第一InGaN/GaN量子阱层22，其中In组分掺杂比例为4％；
第二InGaN/GaN量子阱层23，其中In组分掺杂比例为8％；
第三InGaN/GaN量子阱层24，其中In组分掺杂比例为12％；
第四InGaN/GaN量子阱层25，其中In组分掺杂比例为14％；
第五InGaN/GaN量子阱层26，其中In组分掺杂比例为16％；
(4)、生长电子阻挡层29；
(5)、生长p型掺杂的GaN层27。
本实施例中的GaN基LED发光结构，相对于In组分恒定的量子阱结构，注入电流为60mA时，光的输出功率增加了114％，且IQE的下降效率也大大降低。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种GaN基LED发光结构，其特征在于，包括：
衬底，以及
外延层，所述外延层形成于所述衬底上，包括依次堆叠的：
n型掺杂的GaN层；
第一InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为4％；
第二InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为8％；
第三InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为12％；
第四InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为14％；
第五InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为16％；
p型掺杂的GaN层，
所述衬底和n型掺杂的GaN层之间还设置有未掺杂的GaN层，
所述第一InGaN/GaN量子阱层、第二InGaN/GaN量子阱层、第三InGaN/GaN量子阱层中，GaN材料为Si掺杂，
所述第四InGaN/GaN量子阱层和第五InGaN/GaN量子阱层中的GaN材料无掺杂。
2.根据权利要求1所述的GaN基LED发光结构，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
3.根据权利要求1所述的GaN基LED发光结构，其特征在于，所述n型掺杂的GaN层和第一InGaN/GaN量子阱层之间设置有应力释放层。
4.根据权利要求3所述的GaN基LED发光结构，其特征在于，所述应力释放层为超晶格结构，所述应力释放层的每个周期包括InxGa1-xN层和生长在所述InxGa1-xN层之上的GaN层，0<x＜y。
5.根据权利要求1所述的GaN基LED发光结构，其特征在于，所述第五InGaN/GaN量子阱层和p型掺杂的GaN层之间设置有电子阻挡层。
6.根据权利要求5所述的GaN基LED发光结构，其特征在于，所述电子阻挡层为AlyGa1-yN层，0＜y＜1。
7.权利要求1至6任一所述的GaN基LED发光结构的制作方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在衬底上形成外延层，外延层包括依次堆叠的：
n型掺杂的GaN层；
第一InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为4％；
第二InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为8％；
第三InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为12％；
第四InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为14％；
第五InGaN/GaN量子阱层，其中In组分掺杂比例为16％；
p型掺杂的GaN层。
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