CN115548178A - 一种提升发光效率的led外延片结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升发光效率的LED外延片结构，依次包括：衬底、AlN缓冲层、非掺杂GaN层、掺杂Si的n型GaN层、多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、P型GaN层，其中，多量子阱层包括9～14个周期性组成的InGaN阱层/GaN垒层/InN层的复合结构，InN层用于补偿量子阱界面的In组分，提高量子阱中阱垒界面的晶体质量，GaN垒层中掺有Si，且每一个GaN垒层中Si掺杂浓度为上一个GaN垒层中Si掺杂浓度的0.8～0.9倍，控制GaN垒层Si掺杂浓度渐变减少，提高电子横向扩展能力，提高量子阱中电子和空穴复合效率。本发明能够有效LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种提升发光效率的LED外延片结构。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)是一种将电能转化为光能的半导体电子器件。当LED有电流流过时，LED中的电子与空穴在其多量子阱内复合而发出单色光。LED作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，具有低电压、低能耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性和色彩丰富等优点。目前国内生产LED的规模正在逐步扩大，随着LED应用越来越广泛，市场对其亮度的需求也越来越高，尤其是深紫外LED、手机/电视背光芯片以及mini/micro-LED等高端LED芯片产品的发光效率需要尽快提升。
现有的LED外延多量子阱层为InGaN阱层/GaN垒层结构，量子阱内电子和空穴复合效率不高，多量子阱层的结晶质量不高，严重阻碍了LED发光效率的提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种提升发光效率的LED外延片结构，通过在量子阱InGaN层后***一层很薄的InN层，提高量子阱中阱垒界面的晶体质量，而控制GaN垒层Si掺杂浓度渐变减少，以提高电子横向扩展能力，提高量子阱中电子和空穴复合效率，有效提升LED的发光效率。
本申请的提升发光效率的LED外延片结构，依次包括衬底、AlN缓冲层、非掺杂GaN层、掺杂Si的n型GaN层、多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、P型GaN层，其特征在于：多量子阱层包括9～14个周期性组成的InGaN阱层/InN层/GaN垒层的复合结构，InN层补偿量子阱界面的In组分，提高量子阱中阱垒界面的晶体质量，
进一步地，GaN垒层中掺有Si，且每一个GaN垒层中Si掺杂浓度为上一个GaN垒层中Si掺杂浓度的0.8～0.9倍，控制GaN垒层Si掺杂浓度渐变减少，提高电子横向扩展能力，提高量子阱中电子和空穴复合效率。
可选地，所述InN层的厚度为0.1～1nm，InN层的生长时间为8～15s。
可选地，所述GaN垒层Si掺杂浓度范围为1E17～1E18cm-3。
与现有技术相比，本发明提供的LED外延片结构，至少实现了如下的有益效果：
传统的量子阱InGaN阱层/GaN垒层生长过程中，由于生长温度的升高，会使InGaN阱层中的In析出，导致量子阱界面变差，本发明通过在量子阱InGaN层后***一层很薄的InN层，来补偿量子阱界面的In组分，提高量子阱中阱垒界面的晶体质量。
传统的LED外延量子阱结构中对量子垒掺杂Si后，价带将向下弯曲，空穴阻挡势垒高度增加。因此，空穴从p型一侧向量子阱的注入效率将更加降低，甚至可能只集中到最靠近p型层的一个量子阱中，这将导致电子和空穴的分布严重不对称，不利于电子空穴复合发光。本发明通过设计垒层Si渐变结构，并控制GaN垒层Si掺杂浓度渐变减少，可以更好地调整载流子在多量子阱区内的分布，有利于电子空穴复合，提高电子横向扩展能力，提高量子阱内载流子复合效率，从而提高LED的发光效率，并可有效降低LED的工作电压。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1所示为本申请实施例所提供的LED外延片的完整结构截面示意图；
其中，1、蓝宝石衬底片，2、AlN缓冲层，3、非掺杂GaN层，4、掺杂Si的n型GaN层，5、多量子阱层，6、AlGaN电子阻挡层，7、P型GaN层，51、InGaN阱层，52、InN层，53、GaN垒层-1，54、GaN垒层-2。
具体实施方式
传统的InGaN阱层/GaN垒层LED外延多量子阱层结构，量子阱内电子和空穴复合效率不高，多量子阱层的结晶质量不高，严重阻碍了LED发光效率的提高。
为了提高LED的发光效率，本发明提出一种提升发光效率的LED外延片结构，如图1所示，依次包括：衬底1，AlN缓冲层2，非掺杂GaN层3，掺杂Si的n型GaN层4，多量子阱层5，AlGaN电子阻挡层6，P型GaN层7，InGaN阱层51，InN层52，GaN垒层-1(标号为53)，GaN垒层-2(标号为54)。
首先，使用金属有机化学气相沉积反应腔，在衬底上依次生长AlN缓冲层2、非掺杂GaN层3、掺杂Si的n型GaN层4以及InGaN阱层51。然后，在InGaN阱层51表面生长厚度为0.1-1nm的InN层52，InN层52的生长时间为8-15s，通过InN层52来补偿量子阱界面的In组分，提高量子阱中阱垒界面的晶体质量。再在InN层52上生长掺有Si的GaN垒层-1。接着继续生长InGaN阱层51和InN层52，然后生长掺有Si的GaN垒层-2，GaN-2垒层中Si掺杂浓度为GaN垒层-153中Si掺杂浓度的0.8-0.9倍。重复生长InGaN阱层/GaN垒层/InN层的复合结构，InGaN阱层/GaN垒层/InN层复合结构的总个数为9-14个，9-14个InGaN阱层/GaN垒层/InN层的复合结构共同组成多量子阱层5，其中，GaN垒层中Si掺杂浓度范围为1E17～1E18cm-3，每一个GaN垒层中Si掺杂浓度为上一个GaN垒层中Si掺杂浓度的0.8～0.9倍，控制GaN垒层Si掺杂浓度渐变减少，提高电子横向扩展能力，提高量子阱中电子和空穴复合效率。最后在多量子阱层5上生长AlGaN电子阻挡层6和P型GaN层7。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (5)
1.一种提升发光效率的LED外延片结构，依次包括衬底、AlN缓冲层、非掺杂GaN层、掺杂Si的n型GaN层、多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、P型GaN层，其特征在于：多量子阱层包括9～14个周期性组成的InGaN阱层/InN层/GaN垒层的复合结构，InN层补偿量子阱界面的In组分，提高量子阱中阱垒界面的晶体质量；其中GaN垒层中掺有Si，且每一个GaN垒层中Si掺杂浓度为上一个GaN垒层中Si掺杂浓度的0.8～0.9倍，控制GaN垒层Si掺杂浓度渐变减少，提高电子横向扩展能力，提高量子阱中电子和空穴复合效率。
2.根据权利要求1所述的提升发光效率的LED外延片结构，其特征在于，所述复合结构中的InN层用于补偿量子阱界面的In组分，提高量子阱中阱垒界面的晶体质量。
3.根据权利要求1所述的提升发光效率的LED外延片结构，其特征在于，控制GaN垒层Si掺杂浓度渐变减少，用于提高电子横向扩展能力，提高量子阱中电子和空穴复合效率。
4.根据权利要求1所述的提升发光效率的LED外延片结构，其特征在于，所述InN层的厚度为0.1～1nm，InN层的生长时间为8～15s。
5.根据权利要求1所述的提升发光效率的LED外延片结构，其特征在于，所述GaN垒层Si掺杂浓度范围为1E17～1E18cm-3。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116130569A (zh) * | 2023-04-17 | 2023-05-16 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种高效发光二极管及制备方法 |
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- 2022-10-25 CN CN202211327083.6A patent/CN115548178A/zh active Pending
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