[发明专利]一种GaN基量子阱LED外延片及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件领域，特别是一种新型结构的GaN基LED外延片及其制备方法。

背景技术

GaN基高亮度发光二极管(LED)是目前全球光电子领域研究和产业的前沿和热点。由于发光二极管具有体积小、重量轻、能耗低、无污染等特点，广泛应用于大屏幕显示、交通信号灯、液晶背光源等领域。随着发光二极管亮度不断提高、成本不断下降、甚至可进入照明领域。因此超高亮度发光二极管成为世界各国争相研制的热点。GaN基LED制备要经过LED外延片生长，LED芯片制备和LED封装三个主要环节。其中LED外延片制备是LED的核心技术，它对LED的性能水平起主要作用。

发光二极管的亮度取决于发光效率。现有的GaN基LED外延片的结构一般包括衬底、n型层、量子阱、p型层，发光区一般采用量子阱结构，以增大对电子和空穴的束缚作用，提高发光效率。然而，尽管量子阱对电子和空穴有束缚作用，但在一定的外加电压下，仍然有一部分电子和空穴泄露出去，不利于进一步提高发光二极管的发光效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，根据量子阱对电子和空穴的束缚机理，设计出一种带有限制层的GaN基量子阱LED外延片，该结构在量子阱两边增加了一限制层，能增大对电子和空穴的束缚作用，明显提高发光二极管发光效率。

本发明的有益效果是通过下述方案实现的：

其结构从下至上依次为衬底、n型层、量子阱及p型层，其特征在于n型层与量子阱之间有一限制层，量子阱与p型层之间有一限制层，量子阱为In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN量子阱。

所述限制层的禁带宽度小于相邻的n型层和p型层，并大于或等于量子阱势垒层的禁带宽度，采用这种结构，能进一步增大对电子和空穴的束缚作用，明显提高发光二极管发光效率。

所述n型层为n型GaN，或n型GaN和n型AlGaN；p型层为p型GaN，或p型AlGaN和p型GaN。

所述n型层与量子阱之间的限制层为n型InGaN层，厚度为0.02μm～0.1μm。

所述n型InGaN限制层的施主为Si，或者不掺杂。

所述量子阱与p型层之间的限制层为n型InGaN层或p型InGaN层，厚度为0.02μm～0.1μm。

所述量子阱与p型层之间的p型InGaN限制层的掺杂受主为Mg。

所述量子阱与p型层之间的n型InGaN限制层的掺杂施主为Si或者不掺杂。

所述In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN量子阱是单量子阱或多量子阱，周期数为1～10。

该GaN基量子阱LED外延片的制备方法如下：

1)采用MOCVD设备，在1000℃～1100℃的温度下，在衬底上生长n型层。

2)将温度降至700℃～900℃，生长n型InGaN层限制层，限制层的厚度为0.02μm～0.1μm。

3)在温度为550℃～800℃生长In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN量子阱，周期数为1～10。

4)在温度700℃～900℃，生长InGaN限制层，限制层的厚度为0.02μm～0.1μm。

5)在温度900℃～1100℃生长p型层。

与现有技术相比，本发明的优点是：

该GaN基量子阱LED外延片在量子阱两边增加了一限制层，限制层的禁带宽度小于相邻的n型层和p型层，并大于或等于量子阱势垒层的禁带宽度，采用这种结构，能进一步增大对电子和空穴的束缚作用，明显提高发光二极管发光效率。

附图说明

图1为实施例1的GaN基LED外延片结构示意图；

图2为实施例2的GaN基LED外延片结构示意图；

图3为实施例3的GaN基LED外延片结构示意图；

图4为实施例4的GaN基LED外延片结构示意图；

图5为实施例5的GaN基LED外延片结构示意图；

图6为实施例6的GaN基LED外延片结构示意图；

图7为实施例7的GaN基LED外延片结构示意图；

图8为现有GaN基LED外延片结构示意图。

具体实施方式