[发明专利]一种辐射复合效率高的发光二极管外延片及其制备方法

说明书

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种辐射复合效率高的发光二极管外延片及其制备方法，包括：衬底，在所述衬底上依次沉积的缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、有源层、电子阻挡层和p型GaN层；所述有源层包括周期性依次交替层叠的复合量子阱层和量子垒层，所述复合量子阱层为InGaN层，单个周期内的所述复合量子阱层的禁带宽度不变，不同周期内的所述复合量子阱层的禁带宽度沿外延生长方向由宽变窄线性渐变。在本发明中，通过使不同周期内的复合量子阱层的禁带宽度沿外延生长方向由宽变窄线性渐变，提高了复合量子阱的晶体质量，减少InGaN失配位错，即减少了非辐射复合中心，提高了量子阱辐射复合效率。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种辐射复合效率高的发光二极管外延片及其制备方法。

背景技术

近年来，III族氮化物半导体作为高电子迁移率晶体管(HEMT)、激光器(LDs)和LEDs等大功率器件的理想材料已吸引了科学家们的大量关注。由于具有高的发光效率和绿色环保等优点，InGaN基MQW LED正逐步取代传统照明(如：卤素灯、白炽灯和荧光灯)成为新一代照明光源，使我们进入真正的固态照明时代。

InGaN/GaN多量子阱(MQW)作为GaN基LED异质结构中的核心组成部分，它的作用是促使电子限制在更多的量子阱中，以减少电子向p-GaN的泄漏，此外还能降低量子阱有源区的载流子密度，减小载流子之间(如电子-电子，空穴-空穴)的散射，减少俄歇复合。目前沉积的有源层包括多个交替量子阱层和量子垒层，其中多层量子阱厚度一致，禁带宽度也一致。

量子阱的禁带宽度越低，其In组分越高，由于InN和GaN的晶格常数差异大，InGaN阱与GaN垒之间存在较大的晶格失配，因此较高的In组分导致生长InGaN/GaN多量子阱时就容易产生失配位错，而这些位错一般充当非辐射复合中心，降低量子阱层的发光效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种辐射复合效率高的发光二极管外延片及其制备方法。

本发明采用以下技术方案：一种辐射复合效率高的发光二极管外延片，包括：衬底，在所述衬底上依次沉积的缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、有源层、电子阻挡层和p型GaN层；

所述有源层包括周期性依次交替层叠的复合量子阱层和量子垒层，所述复合量子阱层为InGaN层，单个周期内的所述复合量子阱层的禁带宽度不变，不同周期内的所述复合量子阱层的禁带宽度沿外延生长方向由宽变窄线性渐变。

本发明一实施例的辐射复合效率高的发光二极管外延片，通过使不同周期内的复合量子阱层的禁带宽度沿外延生长方向由宽变窄线性渐变，即复合量子阱层的In组分沿外延生长方向逐渐升高，从而降低了能够使禁带宽度变大的掺杂元素的掺杂含量，提高了能够使禁带宽度变小的掺杂元素的掺杂含量，提高了复合量子阱的晶体质量，减少InGaN失配位错，即减少了非辐射复合中心，提高了量子阱辐射复合效率；由于In原子的黏土效应，捕获电子与空穴发生复合，因靠近n型GaN层的复合量子阱层的In组分较低，可以降低电子在靠近n型GaN层的复合量子阱层捕获的概率，提高了电子与空穴在空间波函数的重叠度，提高了量子阱层的发光效率。

进一步的，所述复合量子阱层内的掺杂元素为Ga、In、Al、B、P中的至少一种。

进一步的，不同周期内的所述复合量子阱层的禁带宽度均小于所述量子垒层的禁带宽度。

进一步的，所述复合量子阱层的厚度为1nm～10nm。

进一步的，所述有源层中所述复合量子阱层和所述量子垒层的交替层叠的周期数为2～20个。

进一步的，所述量子垒层为AlGaN层，其厚度为1nm～50nm，Al组分为0.05～0.5。

一种辐射复合效率高的发光二极管外延片的制备方法，所述方法用于制备上述的辐射复合效率高的发光二极管外延片，所述制备方法包括：