[发明专利]一种提高内量子效率的LED外延结构及生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体照明技术领域，尤其涉及一种LED外延结构及生长方法。

背景技术

作为第四代固体照明光源的发光二极管(LED)，具有节能、环保、长寿命、多色彩和小体积等诸多优点。目前，已经商业化生产，但是对材料的研究仍在一直进行，研究重点是提高材料质量和LED的量子效率以改进器件性能。LED的亮度取决于有源区的内量子效率和光提取效率，GaN基LED内量子效率和光的提取效率较低，一定程度上限制了其应用。

随着LED的应用越来越广泛，如何提高GaN基LED的内量子效率越来越成为关注的焦点，对于GaN基多量子阱结构的LED，内量子效率的提高决定于阱内载流子辐射复合效率的提高。其中P型GaN的高晶体质量生长受到人们的长期关注，但目前制备具有高的空穴浓度、低电阻率及高晶体质量的Mg掺杂P型GaN材料仍然困难重重，远没有达到人们的预期目标。空穴浓度低、迁移率低，不利于空穴从P型层注入到多量子阱区域。

加上传统的GaN基LED外延结构存在自发极化和压电极化，使量子阱能带产生弯曲，弯曲的势垒使有效势垒高度降低电子容易泄漏到P型层。随着注入电流的增加，会使电子泄漏变得更严重，注入效率变低，从而使得内量子效率变低。

在中国申请CN102623597A中提出的靠近P区的最后一个量子阱垒的结构，包含U-InGaN和U-AlInGaN双层结构，此结构虽然减小了量子阱区由于晶格质量造成的应力，减少了电子溢流，但并没有改善空穴的迁移能力和提高空穴向量子阱区域的注入效率，因此不能有效的提高器件的内量子效率。

发明内容

针对上述问题，本发明采用P-InGaN/P-AlInGaN作为空穴注入层，提高LED外延结构的内量子效率，进而提高LED器件亮度的。

本发明是通过下述方案实现的：

一种提高内量子效率的LED外延结构，其包括衬底、低温GaN缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱层、下p型GaN层、p型AlGaN层、上p型GaN层、高掺杂p型电极接触层，在所述下p型GaN层和p型AlGaN层之间引入空穴注入层，所述空穴注入层为至少一个周期的P-In_xGa_1-xN/ P-Al_yIn_zGa_1-y-zN结构，其中0<x<1，0<y<1、0≤z<1、0<y+z<1。

优选方案为所述空穴注入层为1-10个周期的P-In_xGa_1-xN/ P-Al_yIn_zGa_1-y-zN结构，其中，0.02≤x≤0.2，0<y≤0.1，0.01≤z≤0.1。

优选方案为所述P-In_xGa_1-xN层厚度为2-20nm；所述P-Al_yIn_zGa_1-y-zN层厚度为5-30nm；所述空穴注入层的总厚度小于等于300nm。

优选方案为所述下p型GaN层厚度为10-100nm。

优选方案为所述p型AlGaN层厚度为10-200nm。

一种上述提高内量子效率的LED外延结构的生长方法，包括如下步骤：

  (1) 对衬底进行高温净化；

(2) 采用金属有机物化学气相沉积法，在500~600℃的温度下，在衬底上生长低温GaN缓冲层；

(3) 在1000~1200℃的温度下，生长0.2-5μm非掺杂GaN层；

(4) 在1000~1200℃的温度下，生长0.2-5μm厚的n型GaN层；

(5) 在N₂环境中，700~900℃的温度下，生长多量子阱层；

(6) 在800~1050℃的温度下，生长下p型GaN层，厚度为10-100nm；

(7) 生长P-In_xGa_1-xN层：在N₂环境中，将反应室温度调节到650-800℃，通入金属有机源TEGa、TMIn和Cp₂Mg，生长厚度为2-20nm；