[发明专利]一种氮化镓基LED外延结构

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体发光器件的外延生长技术领域，特别涉及一种氮 化镓基LED外延结构。

背景技术

随着半导体发光芯片发光效率的提升和制造成本的下降，半导体发光芯片 已被广泛应用于背光、显示和照明等领域。

为了使LED能够应用于不同的领域，特别是环境恶劣的户外照明，对LED 的可靠性，特别是以反向击穿电压为特征的抗静电能力提出了更高的要求。 目前，LED的发光效率尽管己远大于其它光源的发光效率，但仍低于其理论 最高值。显而易见，如果能通过改善LED芯片用的外延结构来提升其发光效 率和抗静电能力有其广宽的实用价值和显著的社会效益和经济效益。

目前，氮化镓基LED外延结构主要是采用M℃VD技术生长在各种衬底 表面。通常采用的结构如图1所示，为在外延衬底11表面依次生长的GaN 缓冲层12、uGaN层13、n型GaN层14、InGaN/GaN多量子阱层15、p 型AlGaN电子阻挡层16以及p型GaN层17。

如何实现高质量的p型AlGaN电子阻挡层的生长，将直接影响到外延层 材料的质量和器件的性能。按照目前的LED生长技术存在反向击穿电压低和 发光强度没有显著增强的缺陷。主要原因表现为：p型AlGaN电子阻挡层须 在1000℃以上生长，而活性发光层InGaN/GaN多量子阱的生长温度为 700℃至850℃，因此当活性发光层生长结束后温度升高到1000℃以上时， 会使其低温生长的多量子阱结构遭到破坏，从而影响发光二极管的发光效率； 再次，由于p型AlGaN的生长温度较高，加之Mg在高温下扩散系数增加很 快，因此在p型AlGaN电子阻挡层高温生长的过程中，Mg将不可避免地向 位于其下的InGaN/GaN多量子阱有源区中扩散，这又必将对发光二极管产 生严重的影响。显而易见，通常采用的氮化镓基LED外延结构存在本质的缺 陷。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种氮化镓基LED外延结构， 能够显著提高LED芯片的反向击穿电压和发光效率。

本发明的目的是这样实现的：

一种氮化镓基LED外延结构，包括在衬底层上依次生长的GaN缓冲层、 uGaN层、n型GaN：Si层、InGaN/GaN多量子阱层、p型AlGaN电子阻 挡层和p型GaN：Mg层，其特征在于，在InGaN/GaN多量子阱层和p型 AlGaN电子阻挡层之间插入一层厚度为5-100nm的低温p型InAlGaN层。

其中，所述低温p型InAlGaN层中铟铝合计组份含量不超过50％。

其中，所述低温p型InAlGaN层在氮化镓基LED外延结构中的掺杂浓 度为10¹⁹-10²¹cm^-3。

其中，所述低温p型InAlGaN层的生长方法为：

在InGaN/GaN多量子阱层生长结束后，生长一层厚度为5-100nm的低 温p型InAlGaN层，生长温度在600-900℃之间，反应腔压力在10- 200Torr之间，载气流量为5-40升/分钟，氨气流量为100-600摩尔/分 钟，三甲基镓流量为80-400微摩尔/分钟，三甲基铟流量为400-600微摩尔 /分钟，三甲基铝流量为20-100微摩尔/分钟，二茂镁流量为为0.5-5微摩 尔/分钟，生长时间为1-10分钟。

本发明的有益效果为：在InGaN/GaN多量子阱层和p型AlGaN电子 阻挡层之间插入一层低温p型InAlGaN层，其生长温度为600-900℃，不 会使在其之前生长的InGaN/GaN多量子阱层遭到破坏，从而避免了影响发 光二极管的发光效率；而且低温p型InAlGaN层中的铟、铝还可以起到提高 发光二极管的发光强度的作用，进一步保证了发光二极管的发光效率。

附图说明

图1为传统的氮化镓基LED外延结构示意图。

图2为本发明中的氮化镓基LED外延结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。