[发明专利]具有P型超晶格的LED外延结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别地，涉及一种具有P型超晶格的LED外延结构及其制备方法。

背景技术

GaN由于其优良的特性，已经成为制造发光器件、高温大功率器件和紫外探测器的重要材料。P型掺杂是制造GaN器件必不可少的重要环节，因此吸引了很多研究小组的重视。由于Mg的钝化(passivation)，未经处理的GaN：Mg电阻率高达10Q·cm，必须在生长后对Mg进行激活(Activation)，以得到能应用于器件的P型GaN。1989年H．Amano取得了P型重大突破，他利用低能电子束辐射(IEEBI)处理掺Mg的GaN，得到了低阻的P型GaN。1991年，S．Nakamura等发明了快速热退火法(Rapid Thermal Annealing)，成功获得了P型的GaN，使得设计和制造商业用蓝绿光LED的进程大大加快了。

用MOCVD技术生长p型GaN时,受主Mg原子在生长过程中被H严重钝化,在N2气氛下用热退火的方法可获得空穴浓度均匀的p型GaN。为了获得性能良好的P型GaN材料,人们研究了高温退火处理对GaN电学性能、发光特性的影响,以及p型GaN中Mg2H复合体的钝化效应、受主激活机理等。虽然经过适当退火处理后的样品转化成了p型样品,但得到的空穴浓度仍然较低,典型值为2×10¹⁷cm^-3,比掺杂浓度低2～3个数量级。

因此，如何提高P层的空穴浓度成为P型GaN生长的关键，传统的包含普通P层LED外延结构如图1所示，其制备方法为：在高温下，H₂气氛处理衬底1持续5～6min；再生长GaN缓冲层2；再生长未掺杂GaN层3（U-GaN）；再生长n型GaN层（Si掺杂型N-GaN）；再生长多量子阱发光层5；再生长第一P型GaN层6（LTP，低温P型GaN）；其次生长P型AlGaN电子阻挡层7（简称PAlGaN），最后生长第二P型GaN层8（HTP，高温P型GaN）。其中，HTP厚度140-150nm，PAlGaN厚度50～60nm，LTP厚度50～60nm，HTP空穴浓度高,PAlGaN,LTP空穴浓度偏低，空穴经HTP、PAlGaN、LTP注入至多量子阱发光层。根据PN结电动理论，空穴迁移实际是电场的传播，HTP、PAlGaN、LTP的空穴浓度的高低将决定空穴注入多量子阱发光层5的效率高低，传统的PAlGaN、LTP的厚度较薄，且距量子阱距离最近，从而使得传统的PAlGaN、LTP的空穴浓度不高、进而空穴注入至多量子阱发光层的效率低，从而降低了单位面积的LED芯片的发光亮度。

发明内容

本发明目的在于提供一种能束缚空穴、通过提高空穴浓度，进而提高芯片的亮度的具有P型超晶格的LED外延结构及其制备方法，以解决传统的PAlGaN、LTP的空穴浓度不高，空穴注入效率低，LED芯片的发光亮度低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有P型超晶格的LED外延结构，包括衬底，所述衬底上由下至上依次设置有GaN缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱发光层、第一P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、第二P型GaN层，

所述P型AlGaN电子阻挡层与所述第二P型GaN层之间设置有由PInGaN势阱层及PAlGaN势垒层周期性交互重叠构成的P型超晶格。

作为本发明的外延结构的进一步改进：

优选地，所述P型超晶格由2～4个周期的PInGaN势阱层及PAlGaN势垒层交互重叠构成；且，所述第一周期的所述PInGaN势阱层覆于所述PAlGaN电子阻挡层上。

优选地，所述P型超晶格的厚度为12nm～40nm；

优选地，所述P型超晶格中，单个周期的所述PInGaN势阱层的厚度为3nm～5nm；单个周期的所述PAlGaN势垒层的厚度为3nm～5nm。

优选地，所述GaN缓冲层的厚度为20nm～30nm；

所述未掺杂GaN层的厚度为2μm～2.5μm；

所述n型GaN层的厚度为2μm～2.5μm；

所述多量子阱发光层的厚度为200nm～260nm；

所述第一P型GaN层的厚度为50nm～60nm；

所述P型InAlGaN电子阻挡层的厚度为30nm～40nm；

所述P型GaN层的厚度为200nm～250nm。

优选地，所述多量子阱发光层由15～16个周期的InGaN势阱层和GaN势垒层交互叠加构成；