[发明专利]适用于大电流条件工作的发光二极管外延结构及制备方法

说明书

本发明公开了一种适用于大电流条件工作的发光二极管外延结构及制备方法。所述发光二极管外延结构包括沿指定方向依次设置的n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、p型AlGaN电子阻挡层、AlInN插入层和p型GaN层。本发明中提供的发光二极管外延结构，在大电流条件下工作时的光电性能稳定，可改善效率骤降的问题，且漏电小、抗静电性能好、制备工艺简单。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种适用于大电流条件下工作的发光二极管外延结构及其制备方法。

背景技术

GaN基发光二极管(LED)是一种半导体发光器件，具有寿命长、能耗低、体积小、可靠性高等优点，在大屏幕彩色显示、交通信号灯和照明领域发挥了越来越重要的作用。

目前GaN基LED一般是在蓝宝石衬底上生长外延层，依次包括低温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN层、n型掺杂GaN层、多量子阱(MQW)发光层、p型AlGaN电子阻挡层、p型层。该GaN基LED外延结构具有一定的缺陷，一方面由于电子的迁移率较空穴快，且自由电子的浓度较空穴的浓度高，容易导致MQW发光层中的电子和空穴分布不均匀，空穴集中在距p型层较近的MQW发光层中，往n型层方向逐渐衰减不利于电子和空穴的复合；另一方面，由于电子浓度高、迁移快，导致电子容易溢出至p型层中，与离化的空穴在p型层发生非辐射复合，进而降低空穴的注入效率，引起效率骤降，尤其在大电流工作的条件下以上问题将会变得更为严重。

对于以上问题，目前一般采用提高p型AlGaN电子阻挡层的Al组分来加强有源区与空穴供给层之间电子阻挡的效果，高Al组分可限制部分电子溢出至p型层，但随着Al组分的上升，AlGaN中Mg的离化能会迅速升高以及晶体质量会显著下降，导致空穴离化效率和浓度急剧下降，进而引起亮度和效率的下降。同时，在MQW发光层的最后一个量子势垒与AlGaN电子阻挡层之间的界面处以及在电子阻挡层与p型层之间的界面处的内部极化场，将导致具有高铝组分的电子阻挡层发生严重的能带弯曲，进而在界面处呈现尖峰，阻止空穴有效地注入有源区。另外，在大电流注入的条件下，即使采用高Al组分的AlGaN电子阻挡结构，仍然不能避免有大量的电子会溢出至P型层，引起效率骤降效应、老化和光衰等问题，同时随Al组分上升，p型AlGaN电子阻挡层晶体质量下降，位错在p型层被放大，形成漏电通道，导致LED漏电增大和抗静电能力较差，寿命降低。一些技术通过在靠近p型AlGaN电子阻挡层的p型GaN层设置部分厚度(例如三分之一厚度)的非掺杂GaN层(uGaN)，然后再生长p型GaN层，以改善外延电流扩展以及p型层晶体质量，提升亮度和抗静电性能等，但效果均不佳。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种适用于大电流条件下工作的发光二极管外延结构及其制备方法，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例的一个方面提供了一种发光二极管外延结构，其包括沿指定方向依次设置的n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、p型AlGaN电子阻挡层、AlInN插入层和p型GaN层。

本发明实施例的另一个方面还提供了所述发光二极管外延结构的制备方法，其包括：

在衬底上依次生长形成n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、p型AlGaN电子阻挡层；

在第一温度条件下于p型AlGaN电子阻挡层上生长形成第一AlInN层；

在第二温度条件下于第一AlInN层上生长形成第二AlInN层，所述第二温度高于第一温度，所述第一AlInN层与第二AlInN层配合形成AlInN插入层；以及

在所述第二AlInN层上生长形成p型GaN层。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)提供的一种发光二极管外延结构及其制备方法，在大电流条件下工作时的光电性能稳定，可改善效率骤降的问题。