[发明专利]具有四元InAlGaN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，涉及一种具有四元InAlGaN的LED外延结构及其制备方法。

背景技术

LED照明光源与传统照明光源相比具有节约能源、体积小、发光效率高、寿命长、无污染以及色彩丰富等优点。作为照明光源，白光LED的能耗是白炽灯的1/8、荧光灯的1/2，且其寿命长达10万个小时，并可实现无汞，对能源节约以及环境保护均具有重要意义。

虽然GaN基大功率型LED已经取得很大的进步（cree公司已经报道大功率白光LED的光效实验研发水平达到231lm/w、日亚也有报道达到150lm/w、国内三安小功率也报道研发最高水平在180lm/w）,但是离理论值还是有一段距离，主要原因是由于InGaN、GaN、AlGaN三者之间存在较大的晶格匹配和极化应力，产生很强的压电场，引起电子和空穴波函数分离，降低了量子效率。

为了提高电子和空穴复合概率，提高内部量子效率，人们在外延结构上也作出许多方案，比如Polarization-matched InGaN/InGaN量子阱，即InGaN代替GaN作为量子阱的垒层；不对称量子阱；Polarization-matched InAlGaN/InGaN量子阱，即InAlGaN代替GaN作为量子阱的垒层等。目前未见有在多量子阱之前插入InAlGaN应力释放层以提高量子效率的报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种能降低量子阱中的压电场、提高内部量子效率的具有四元InAlGaN的LED外延结构及其制备方法。以解决由于LED外延结构各层之间产生的压电场引起电子和空穴波函数分离，降低了量子效率的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有四元InAlGaN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、未掺杂的GaN层、n型掺杂的GaN层、多量子阱发光层、p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层和p型掺杂的GaN层，所述n型掺杂的GaN层及所述多量子阱发光层之间设置有InAlGaN应力释放层。

作为本发明的LED外延结构进一步改进：

优选地，所述InAlGaN应力释放层由自下而上依次分布的第一InAlGaN层和第二InAlGaN层组成，所述第一InAlGaN层的分子式为In_aAl_（0.15-a）Ga_0.75N，所述第二InAlGaN层的分子式为In_bAl_（0.15-b）Ga_0.75N，其中，所述a的取值范围为0.03～0.05，所述b的取值范围为0.10～0.12。

优选地，所述GaN缓冲层的厚度为20nm～30nm；

所述未掺杂的GaN层的厚度为2μm～2.5μm；

所述n型掺杂的GaN层的厚度为2μm～2.5μm；

所述InAlGaN应力释放层的厚度为40nm～50nm；

所述多量子阱发光层的厚度为230nm～250nm；

所述p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层的厚度为50nm～60nm；

所述p型掺杂的GaN层的厚度为200nm～250nm。

优选地，所述第一InAlGaN层的厚度为20nm～25nm；所述第二InAlGaN层的厚度为20nm～25nm。

优选地，所述n型掺杂的GaN层与所述InAlGaN应力释放层之间设置有组分为未掺杂的GaN的量子阱垒层，所述量子阱垒层的厚度为60nm～80nm。

优选地，所述多量子阱发光层由15～16个周期的间隔布置的InGaN阱层和InAlGaN垒层叠加组成；所述多量子阱发光层中：单个周期的所述InGaN阱层的厚度为2.8nm～3nm；单个周期的所述InAlGaN垒层的厚度为12nm～13nm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：

S1：选择衬底；

S2：H₂气氛条件下，以TMGa为Ga源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在所述衬底上生长厚度为20nm～30nm的GaN缓冲层；再使所述GaN缓冲层重结晶；

S3：H₂气氛条件下，以TMGa为Ga源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在所述GaN缓冲层上生长厚度为2μm～2.5μm的未掺杂的GaN层；