一種led外延結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本新型實用涉及半導體光電器件的外延生長技術領域，特別是一種LED外延結構。
【背景技術】
[0002]以LED為代表的第四代光源，因具有結構小、安全性好，發光效率高和節能明顯等諸多優點，已成為替代傳統照明光源的最佳光源選擇。，目前商業化的白光LED光源，主要是通過在GaN基LED的外延結構上發出藍光，并通過藍光激發YAG的熒光粉發出黃光，兩色混合從而得到白光。所以說，GaN基LED的外延結構設計很重要，如何從外延結構中獲得高發光效率的藍光尤為重要。突破傳統藍光LED外延結構的設計不足，提高LED外延結構的生長質量是目前很重要的前沿關鍵技術工作。
[0003]傳統的GaN基LED外延結構，一般是在藍寶石襯底上依次生長成核層、未摻雜GaN層、η型GaN層、多量子阱發光、AlGaN阻檔層和p型GaN層。由于傳統的LED結構只采用單一的AlGaN電子阻檔層，所以對電子的阻檔能力不足，造成電子泄露明顯，引起LED器件內部電子空穴的有效輻射復合率低，從而致使LED內量子效率和光輸出效率不高。
[0004]目前LED器件的ESD (Electrostatic discharge，靜電放電)防護的主要方法是通過提高LED外延結構的質量，并在LED外延結構中加入齊納二極管或增加電流擴展層來實現。比如中國發明專利公開說明書CN101335313(公開日2008年12月31日)公開了一種LED結構的η型氮化物層中間插入不摻雜的氮化物層、或者在η型氮化物層和發光層之間插入不摻雜的氮化物層，其所形成的新LED外延結構就相當于增加了一個電容，從而提高ESD的防護性能。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種LED外延結構，該結構可以提高LED的發光效率和增強ESD的防護能力。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型的一種LED外延結構，自下而上包括:GaN成核層、未摻雜GaN層、η型GaN層、多量子阱發光層、電子阻檔層和p型GaN層，其特點在于:所述電子阻檔層是由AlxGai…層、多周期GaN/InyGai 0超晶格結構層和A1ZG&1 #層(簡稱為A-SL-A 層)構成；其中，0〈x ( 0.8，0<y ( 0.2，0〈z 彡 0.5。
[0007]進一步地，所述電子阻檔層中的AlxGai XN層生長在LED外延結構的發光層之上，多周期的GaN/InyGai yN超晶格結構層生長在AlxGai XN層上，A1ZG&1 ZN層生長在多周期的GaN/InyGai yN超晶格結構層上
[0008]本實用新型的關鍵特點是在多量子阱發光層與p型GaN層之間插入了 A_SL_A結構的電子阻檔層。所述電子阻檔層的結構是AlxGai…層生長在LED外延結構的發光層之上，接著生長多周期的GaN/InyGai yN超晶格結構層，最后生長A1ZG&1 #層。所述多周期GaN/InyGai yN超晶格結構層，其周期數為2至15，每個周期依次包括GaN層和InyGai yN材料層，每個GaN層和IriyGai yN材料層的厚度均為lnm至6nm。所述電子阻檔層中的ΧΝ層和Al.Gaj ZN層的最大厚度都不超過20nmo
[0009]本實用新型的有益效果是:通過在多量子阱發光層與p型GaN層之間插入了A-SL-A結構的電子阻檔層，能夠有效把電子限制在發光層中，增強發光區電子與空穴的輻射復合的幾率，進而提高LED的發光效率。另一方面，A-SL-A結構的電子阻檔層加入到LED外延結構中，就相當于在LED結構中增加了多個電容，所以就能使LED有更好的抗ESD能力。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型LED外延結構示意圖；
[0011]圖2為本實用新型LED外延結構中電子阻檔層的示意圖；
[0012]圖3為本實用新型LED外延結構中實施例的工作電流與內量子發光效率結果圖；
[0013]圖4為本實用新型LED外延結構中實施例的工作電流與光輸出功率結果圖。
[0014]圖中:1為襯底；2為成核層；3為未摻雜GaN層；4為η型GaN層；5為多量子阱發光層；6為A-SL-A電子阻檔層；61為AlxGa: XN層；62為GaN層；63為Ir^Ga: yN層；64為Al.Gaj ZN 層；7 為 p 型 GaN 層。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0016]該實施例中，LED外延結構是在藍寶石(A1203)襯底上首先生長一層厚度約25nm的GaN材料成核層，然后在成核層表面上生長厚度約lum未摻雜GaN層，接著依次生長Si摻雜GaN的η型GaN層(厚度為2um，濃度約為5X 101S cm 3)、6周期In。.15GaQ.S5N/GaN的多量子阱發光層(In0.15Ga0.S5N和GaN厚度分別為2.5nm和10nm)、電子阻檔層(Α1Χ6&1 ΧΝ的χ為0.15，InyGai yN 中的 y 為 0.03, Alfia, ZN 層中的 z 為 0.15，各層厚度都為 lnm，GaN/InyGai yN 超晶格結構的周期數為9)，和Mg摻雜GaN的p型GaN層(厚度約0.3um,濃度為7 X 1017cm 3)。該外延結構采用的是原子層外延生長方法，可以是MOCVD或MBE等方法。
[0017]對該實施例的LED外延結構進行光電性能分析，得到的分析結果見圖3和圖4所示。由圖3得知，本發明的新型GaN基LED外延結構有更好的內量子效率，特別在較大工作電流(200mA)下，仍保持較低的衰減(僅2.1%)，顯示本實施例采用的電子阻檔層能很好限制電子的泄露。而傳統GaN基LED外延結構的內量子效率較低，在200A工作電流下，發光效率衰減較快，達到21.2%。由圖4得知，本實施例的LED外延結構比傳統結構有更高的光輸出功率(對LED切割成300umX300um尺寸芯片來進行測試比較)。
[0018]此外，通過對本實用新型實施例的LED外延結構進行抗ESD性能測試，在人體抗靜電模式測試下(試驗3次，每次間隔1秒)，當反向電壓達到2500V時外延結構的反向電流值仍為0。而傳統的GaN基LED外延結構在反向電壓達到1500V左右就會出現較大的反向電流值，即外延結構已受到破壞，這樣的比較試驗說明本實施例的LED外延結構有更好的抗ESD能力。
[0019]以上實施例的厚度、工藝參數等均為示意，熟悉本領域的技術人員在不違反本發明思想與精神的前提下所出的任何改變或修飾，均應視作在本發明的保護范圍之內。例如，作為更多的實例，在其他條件不變的情況下，使電子阻檔層中的AlxGai XN的χ為0.8，InyGai yN中的y為0.2，Alfia, ZN層中的z為0.5，各層厚度都為lnm，GaN/InyGai yN超晶格結構的周期數為3)，通過同樣的測試方法，在前述限定的范圍內都同樣能得出與上述實例相同的結論。
【主權項】
1.一種LED外延結構，包括在襯底上依次生長的GaN成核層、未摻雜GaN層、η型GaN層、多量子阱發光層、電子阻檔層和P型GaN層，其特征在于:所述電子阻檔層是由AlxGai XN層、多周期GaN/InyGai yN超晶格結構層和A1ZG&1 ZN層構成；其中，0〈x彡0.8，0〈y彡0.2，0〈z 0.5o2.根據權利要求1所述的LED外延結構，其特征是電子阻檔層中的A1xGai XN層生長在LED外延結構的發光層之上，多周期的GaN/InyGai yN超晶格結構層生長在AlxGai XN層上，AlzGai ZN層生長在多周期的GaN/InyGai yN超晶格結構層上。3.根據權利要求1或2所述的LED外延結構，其特征是所述多周期GaN/InyG&1 yN超晶格結構層，其周期數為2至15，每個周期依次包括GaN層和InyGai yN材料層，每個GaN層和IriyGaj yN材料層的厚度均為lnm至6nm。4.根據權利要求3所述的LED外延結構，其特征是A1xGai XN層和A1ZG&1 ZN層的厚度都不超過20nmo
【專利摘要】本實用新型提供了一種LED外延結構，該結構自下而上包括：襯底、成核層、未摻雜GaN層、n型GaN層、發光層、電子阻檔層和p型GaN層，其特點在于：所述電子阻檔層由AlxGa1-xN層、多周期GaN/InyGa1-yN超晶格結構層和AlzGa1-zN層構成。本實用新型可以有效阻檔電子的泄漏，增強電子與空穴之間輻射復合幾率，進而提高LED的內量子效率和光的輸出功率，以及增強LED的抗靜電能力。本實用新型可通過原子層外延技術進行制備，作為一種LED外延結構可廣泛用于LED器件領域。
【IPC分類】H01L33/06, H01L33/32, H01L33/14
【公開號】CN205028916
【申請號】CN201520770301
【發明人】鄭樹文, 韓振偉, 何苗, 李述體
【申請人】華南師范大學
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年9月29日