CN203850331U - 一种氮化镓基发光二极管外延片 - Google Patents
一种氮化镓基发光二极管外延片 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种氮化镓基发光二极管外延片，它属于发光二极管技术领域。它包括衬底，以及从下至上依次外延生长于所述衬底之上的低温缓冲层、GaN非掺杂层、n/n+超晶格层、N型GaN层、多量子阱层、发光量子阱层、低温P型GaN层、高温P型GaN层和P型接触层，所述n/n+超晶格层由从下到上顺次叠加10到50次的若干单元组成。本实用新型用于制作发光二极管，它在外延结构uGaN与nGaN之间引入一种优化的n/n+超晶格结构层作为过渡层，其作用为活化电子，扩散电流密度，阻挡晶格失配引起的缺陷，并且能进一步提高阻挡电子泄漏的效果，使得大电流密度注入下InGaN/GaN基发光二极管的发光效率得到很大提升。
Description
技术领域
本实用新型涉及发光二极管技术领域。
背景技术
大功率GaN基InGaN/GaN多量子阱发光二极管已经广泛应用于景观照明、汽车头灯、交通信号灯和通用照明。但是，大功率发光二极管在大电流注入下的效率骤降却成为制约GaN基大功率发光二极管应用的首要问题。研究发现，引起大注入下效率骤降问题的重要原因在于，大电流注入下有源区内载流子密度过高，从而导致载流子在辐射复合之前就泄漏出了有源区。
为此，在InGaN/GaN基发光二极管的材料结构中，通常将P型AlGaN层置于量子阱与P型GaN之间，其作用是作为电子阻挡层将电子限定在量子阱区域内，以克服在大电流密度注入条件下，因电子溢出量子阱而导致的发光效率下降等问题。但是，该方案对电子的限制效果有限，阻碍了发光二极管发光效率的进一步提高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种氮化镓基发光二极管外延片，它在外延结构GaN非掺杂层与N型GaN层之间引入一种优化的n/n+超晶格结构层作为活化过渡层，该结构可以提高阻挡电子泄漏的效果，从而进一步提高发光二极管的发光效率。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于：它包括衬底，以及从下至上依次外延生长于衬底之上的低温GaN缓冲层、GaN非掺杂层、n/n+超晶格层、N型GaN层、多量子阱层、发光量子阱层、低温P型GaN层、高温P型GaN层和P型接触层，n/n+超晶格层由从下到上顺次叠加10-50次的若干单元组成，每个单元由轻掺硅GaN层和重掺硅GaN层组成。
作为优选，衬底为蓝宝石衬底。
作为优选，单元可以叠加10到30次，也可以叠加30到50次。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型在外延结构uGaN与nGaN之间引入一种优化的n/n+超晶格结构层作为过渡层，其作用为活化电子，扩散电流密度，阻挡晶格失配引起的缺陷，并且能进一步提高阻挡电子泄漏的效果，使得大电流密度注入下InGaN/GaN基发光二极管的发光效率得到很大提升。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图中：1、衬底；2、低温缓冲层；3、GaN非掺杂层；4、n/n+超晶格层；5、N型GaN层；6、多量子阱层；7、发光量子阱层；8、低温P型GaN层；9、高温P型GaN层；10、P型接触层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1，一种氮化镓基发光二极管外延片，它在蓝宝石衬底1上以从下至上的顺序依次外延生长低温缓冲层2、GaN非掺杂层3、n/n+超晶格层4、N型GaN层5、多量子阱层6、发光量子阱层7、低温P型GaN层8、高温P型GaN层9和P型接触层10，具体步骤如下：
1、在氢气环境中，以1200-1300℃的高温预烘烤衬底1；
2、降温至530℃生长20nm厚度的低温GaN缓冲层2；
3、升温至1100℃、保持压强为500托，生长500nm厚度的高温非掺杂GaN层3；
4、生长n/n+超晶格层4（Si的轻掺杂/重掺杂超晶格层）：升温至1150℃，降低压强为360托，在生长高温GaN层3的同时，加入浓度为1%的SiH4气体,生长30秒，停止掺杂，稳定生长未掺杂的GaN 5秒，再加入浓度为10%的SiH4气体，生长30秒，停止掺杂，稳定生长未掺杂的GaN 5秒，如此单元循环叠加N次（10≤N≤50）；未叠加外延片验证亮度为340mw，叠加10次之后，外延片验证亮度为357mw，提升约5%左右的发光效率,叠加30次之后，外延片验证亮度为363mw,提升约7%左右的发光效率，叠加50次之后，外延片验证亮度为367mw,提升约8%左右的发光效率。
5、保持1100℃高温、升高压强为500托，生长Si掺杂N型GaN层5，厚度大约为0.5μm；
6、生长AlGaN/InGaN多量子阱电子发射层6：在氮气条件下，生长温度为950℃，其中AlGaN厚度为15nm，InGaN厚度为2nm；
7、在氮气环境中生长InGaN/GaN多量子阱发光层7，其中GaN层的厚度为20nm，生长温度为 850℃，InGaN层的厚度为1.6nm，生长温度为810℃；
8、升高温度到900℃，压强为330托，生长Mg掺杂低温P型GaN层8，厚度大约为0.1μm；
9、升高温度至1150℃，保持压强为330托，生长高温Mg掺杂P型GaN层9，厚度大约为0.4μm；
10、降低温度为750℃，压强为500托，生长P型接触层10，厚度大约为30nm；
11、降温至室温，生长结束。
本技术方案生产的外延片用于制造蓝光发光二极管，它在外延结构uGaN与nGaN之间引入了一种优化的n/n+超晶格结构层作为过渡层，其作用为活化电子，扩散电流密度，阻挡晶格失配引起的缺陷，并且能进一步提高阻挡电子泄漏的效果，使得大电流密度注入下InGaN/GaN基发光二极管的发光效率得到很大提升。
Claims (6)
1.一种氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于：它包括衬底（1），以及从下至上依次外延生长于所述衬底之上的低温缓冲层（2）、GaN非掺杂层（3）、n/n+超晶格层（4）、N型GaN层（5）、多量子阱层（6）、发光量子阱层（7）、低温P型GaN层（8）、高温P型GaN层（9）和P型接触层（10），所述n/n+超晶格层（4）由从下到上顺次叠加10到50次的若干单元组成。
2.根据权利要求１所述的一种氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于所述衬底（1）为蓝宝石衬底。
3.根据权利要求１所述的一种氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于所述低温缓冲层（2）为低温GaN缓冲层。
4.根据权利要求１所述的一种氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于所述n/n+超晶格层（4）的每个单元由轻掺硅GaN层和重掺硅GaN层组成。
5.根据权利要求１所述的一种氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于所述单元叠加10到30次。
6.根据权利要求１所述的一种氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于所述单元叠加30到50次。
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