本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料的，尤其涉及一種具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、gan材料具有熱產(chǎn)生效率低、抗輻射、擊穿電壓高、電子飽、漂移速度大和介電常數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用在高頻、高溫、高壓電子器件領(lǐng)域，其中g(shù)an材料在發(fā)光二極管(led)和半導(dǎo)體激光器(ld)等方面的應(yīng)用，成為了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

2、隨著gan基半導(dǎo)體材料質(zhì)量的提升和器件制造的改進(jìn)，gan基的多量子阱發(fā)光二極管已逐漸取代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈，然而，對(duì)于多量子阱結(jié)構(gòu)的led來說，由于p型摻雜的困難，難以獲得高空穴濃度的p型gan基材料，以及電子和空穴傳輸性能的差異，空穴的遷移率偏低，使得電子和空穴濃度在多量子阱中的分布都極為不匹配，從而制約了大功率、高光效led的開發(fā)和應(yīng)用。

3、高光效led需要同時(shí)具有高的發(fā)光效率和低的工作電壓，而理想的n型和p型材料是高光效led得以應(yīng)用的前提，是高光效led發(fā)揮良好性能的基礎(chǔ)。對(duì)于已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)化生產(chǎn)的gan基led器件，n型摻雜已經(jīng)具備較成熟的技術(shù)，mg是p型gan基材料的主要摻雜劑，而p型gan基材料中受主(mg)摻雜效率低、激活效率低，故p型摻雜仍是目前阻礙高光效led進(jìn)一步發(fā)展的障礙，而p型gan基材料的空穴濃度和空穴遷移率是直接影響器件的發(fā)光效率的重要參數(shù)，因此，有必要深入研究如何提高p型gan基材料中的空穴濃度和空穴遷移率，從而提高led的發(fā)光效率。

4、目前gan基藍(lán)綠光led外延結(jié)構(gòu)中的p型層通常為mg摻雜的gan，這種常規(guī)的p型gan由于mg的摻雜效率低、激活效率低、空穴遷移率低，導(dǎo)致在多量子阱中的空穴濃度低，難以滿足高光效led的應(yīng)用。提高量子阱中的空穴濃度方法有：1.增加mg的摻雜濃度，通常是直接增加mg的摻雜流量，而mg的摻雜濃度過高，會(huì)導(dǎo)致晶體質(zhì)量嚴(yán)重下降；2.提高mg的激活效率，由于mg的激活能較高，常用的激活方法為爐內(nèi)退火和爐外退火，激活效率均只有1～2％左右，目前方法mg的激活效率低且暫未發(fā)現(xiàn)更高效率的激活方式；3.增加空穴的遷移率，提高空穴的遷移率研究比較少，通常利用降低電子阻擋層的勢(shì)壘高度來提高空穴的遷移率，電子阻擋層的勢(shì)壘高度降低同時(shí)會(huì)導(dǎo)致更多的電子溢流至p型層，導(dǎo)致量子阱內(nèi)電子空穴重疊率降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，可以提高空穴的遷移率，增加空穴在量子阱的注入效率，從而提高led的發(fā)光效率。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明第一方面提供了一種具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括襯底，于所述襯底上依次層疊設(shè)置的緩沖層，未摻雜的gan層，n型摻雜gan層，多量子阱層，電子阻擋層，p型摻雜gan層和空穴隧穿層；

3、其中，所述空穴隧穿層包括由下至上依次層疊設(shè)置的p型摻雜的ingan層，insb層和n型摻雜的ingan層。

4、作為上述方案的改進(jìn)，所述p型摻雜的ingan層中的摻雜濃度大于所述p型摻雜gan層中的摻雜濃度。

5、作為上述方案的改進(jìn)，所述p型摻雜的ingan層中摻雜元素為mg，摻雜濃度為1×1020cm-3～5×1021cm-3。

6、作為上述方案的改進(jìn)，所述p型摻雜的ingan層中in組分占0.1～0.3。

7、作為上述方案的改進(jìn)，所述n型摻雜的ingan層中in組分占0.2～0.6。

8、作為上述方案的改進(jìn)，所述p型摻雜的ingan層中in組分占比小于所述n型摻雜的ingan層中in組分占比。

9、作為上述方案的改進(jìn)，所述p型摻雜的ingan層厚度為10nn～50nm；

10、所述insb層的厚度為1nm～5nm；

11、所述n型摻雜的ingan層的厚度為5nm～20nm。

12、作為上述方案的改進(jìn)，所述n型摻雜的ingan層中摻雜元素為si，摻雜濃度為1×1020cm-3～5×1021cm-3。

13、作為上述方案的改進(jìn)，所述p型摻雜的ingan層的生長(zhǎng)溫度為800℃～900℃，壓力為100torr～200torr；

14、所述insb層的生長(zhǎng)溫度為400℃～600℃，生長(zhǎng)壓力為100torr～200torr；

15、所述n型摻雜的ingan層的生長(zhǎng)溫度為800℃～900℃，生長(zhǎng)壓力為100torr～200torr。

16、本發(fā)明第二方面還提供了一種所述的具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：

17、提供一襯底；

18、在襯底上生長(zhǎng)緩沖層；

19、在緩沖層上生長(zhǎng)未摻雜的gan層；

20、在未摻雜的gan層上生長(zhǎng)n型摻雜gan層；

21、在n型摻雜gan層上生長(zhǎng)多量子阱層；

22、在多量子阱層上生長(zhǎng)電子阻擋層；

23、在電子阻擋層上生長(zhǎng)p型摻雜gan層；

24、在p型摻雜gan層上生長(zhǎng)空穴隧穿層；

25、其中，所述空穴隧穿層包括由下至上依次層疊設(shè)置的p型摻雜的ingan層，insb層和n型摻雜的ingan層。

26、實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果：

27、本發(fā)明中在p型摻雜gan層上設(shè)置空穴隧穿層，該空穴隧穿層包括由下至上依次層疊設(shè)置的p型摻雜的ingan層，insb層和n型摻雜的ingan層，在空穴隧穿層內(nèi)形成了pn結(jié)，進(jìn)而能夠形成內(nèi)建電池，insb層則可以大幅提高隧穿結(jié)區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度，提高載流子的隧穿幾率，進(jìn)而有效地提高了電流擴(kuò)展效應(yīng)，可以明顯提高空穴的隧穿幾率，提高led的發(fā)光效率同時(shí)能降低工作電壓。

技術(shù)特征：

1.一種具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括襯底，于所述襯底上依次層疊設(shè)置的緩沖層，未摻雜的gan層，n型摻雜gan層，多量子阱層，電子阻擋層，p型摻雜gan層和空穴隧穿層；

2.如權(quán)利要求1所述的具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述p型摻雜的ingan層中的摻雜濃度大于所述p型摻雜gan層中的摻雜濃度。

3.如權(quán)利要求2所述的具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述p型摻雜的ingan層中摻雜元素為mg，摻雜濃度為1×1020cm-3～5×1021cm-3。

4.如權(quán)利要求1所述的具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述p型摻雜的ingan層中in組分占0.1～0.3。

5.如權(quán)利要求1所述的具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述n型摻雜的ingan層中in組分占0.2～0.6。

6.如權(quán)利要求4或5所述的具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述p型摻雜的ingan層中in組分占比小于所述n型摻雜的ingan層中in組分占比。

7.如權(quán)利要求1或6所述的具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述p型摻雜的ingan層厚度為10nn～50nm；

8.如權(quán)利要求1所述的具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述n型摻雜的ingan層中摻雜元素為si，摻雜濃度為1×1020cm-3～5×1021cm-3。

9.如權(quán)利要求1所述的具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述p型摻雜的ingan層的生長(zhǎng)溫度為800℃～900℃，壓力為100torr～200torr；

10.一種如權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的具有高發(fā)光效率的led外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料的技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種具有高發(fā)光效率的LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，所述具有高發(fā)光效率的LED外延結(jié)構(gòu)包括。包括襯底，于所述襯底上依次層疊設(shè)置的緩沖層，未摻雜的GaN層，n型摻雜GaN層，多量子阱層，電子阻擋層，p型摻雜GaN層和空穴隧穿層。實(shí)施本發(fā)明，在空穴隧穿層內(nèi)形成了PN結(jié)，進(jìn)而能夠形成內(nèi)建電池，有效地提高了電流擴(kuò)展效應(yīng)，可以明顯提高空穴的隧穿幾率，提高LED的發(fā)光效率同時(shí)能降低工作電壓。

技術(shù)研發(fā)人員：胡加輝,劉春楊,金從龍,顧偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江西兆馳半導(dǎo)體有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10