技术领域
[0001] 本
发明涉及发光
二极管技术领域，特别是具有
应力补偿效应垒层的LED外延结构。
背景技术
[0002] 随着蓝光GaN基LED应用越来越广泛，人们对蓝光GaN基LED的
亮度更加关注。
[0003]
现有技术中的蓝光GaN基LED外延结构如图1所示，从下到上依次为：图形化衬底1、AlN
缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、浅
量子阱层5、有源层6、
电子阻挡层7、P型GaN层8。传统蓝光GaN基LED外延结构中由于GaN材料背景浓度较高，大量电子溢出量子阱进入P型导电层，降低电动注入效率。同时，由于电子阻挡层对电子的限制，也抑制电动的注入，降低复合效率。
发明内容
[0004] 针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有应力补偿效应垒层的LED外延结构。它通过增加垒层，可以提高电子阻挡效益、增加电动注入、减少效率衰减从而提高
辐射复合几率，以达到增强LED内
量子效率的目的。
[0005] 为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
[0006] 一种具有应力补偿效应垒层的LED外延结构，它从下至上依次包括图形化衬底、AlN缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、浅量子阱层、有源区、电子阻挡层和P型GaN层。其结构特点是，所述有源区与电子阻挡层之间设有应力补偿效应垒层。所述应力补偿效应垒层从下至上依次包括本征
半导体层、N型半导体层和P型半导体层。所述
本征半导体层从下至上依次包括U-GaN层、U-AlGaN层和U-InGaN层，或者从下至上依次包括U-AlGaN层、U-InGaN层和U-GaN层。所述N型半导体层从下至上依次包括N-AlGaN层和N-InGaN层，或者从下至上依次包括N-InGaN层和N-AlGaN层。所述P型半导体层从下至上依次包括P-AlGaN层和P-InGaN层，或者从下至上依次包括P-InGaN层和P-AlGaN层。
[0007] 在上述LED外延结构中，所述应力补偿效应垒层在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长。
[0008] 在上述LED外延结构中，所述应力补偿效应垒层中U-GaN层的生长
温度为700-900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-20nm。U-AlGaN层的生长温度为700-900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-20nm，其中Al组分为0.1-0.4 。U-InGaN层的生长温度为700-900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-20nm，其中In组分为0.02-0.2 。N-AlGaN层的生长温度为700-900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-20nm，其中Al组分为0.1-0.4 ，Si的参杂浓度为5×1017-1×1019。N-InGaN层的生长温度为700-900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-20nm，其中In组分为0.02-0.2 ，Si的参杂浓度为5×
1017-1×1019。P-AlGaN层的生长温度为700-900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-
17 20
20nm，其中Al组分为0.1-0.4，Mg的参杂浓度为5×10 -1×10 。P-InGaN层的生长温度为
700-900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-20nm，其中In组分为0.02-0.2 ，Mg的参杂浓度为5×1017-1×1020。
[0009] 在上述LED外延结构中，所述图形化衬底使用图形化蓝
宝石衬底、Si衬底或者SiC衬底任一种。
[0010] 本发明由于采用了上述结构，通过本征半导体层中三层结构的生长，增加阻挡电子的势垒高度，抑制了电子的溢流现象；通过N型半导体层和P型半导体层中共四层结构的生长增加电动的注入效率，增加电动的均匀注入，从而提高了电子与电动的复合效率。同时N型半导体层的结构能降低对电动的阻挡，使电动更容易遂穿。本发明在一定程度上避免了波函数的空间分离，提高了电子空穴复合几率，从而有效提高
内量子效率。
[0011] 下面结合
附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
[0012] 图1为现有技术中LED外延结构示意图；
[0013] 图2为本发明的结构示意图；
[0014] 图3是本发明
实施例中应力补偿效应垒层的结构示意图。
具体实施方式
[0015] 参看图2至图3，本发明具有应力补偿效应垒层的LED外延结构从下至上依次包括衬底1、AlN缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、浅量子阱层5、有源区6、应力补偿效应垒层601、电子阻挡层7和P型GaN层8。应力补偿效应垒层601从下至上依次包括本征半导体层611、N型半导体层612和P型半导体层613。应力补偿效应垒层601在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长。
[0016] 本征半导体层611从下至上依次包括U-GaN层10、U-AlGaN层11和U-InGaN层12，或者从下至上依次包括U-AlGaN层11、U-InGaN层12和U-GaN层10。U-GaN层10的生长温度为700-900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-20nm；U-AlGaN层11的生长温度为700-
900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-20nm，Al组分为0.1-0.4 ；U-InGaN层12的生长温度为700-900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-20nm，In组分为0.02-0.2 。
[0017] N型半导体层612从下至上依次包括N-AlGaN层13和N-InGaN层14，或者从下至上依次包括N-InGaN层14和N-AlGaN层13。N-AlGaN层13的生长温度为700-900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-20nm，Al组分为0.1-0.4 ，Si的参杂浓度为5×1017-1×1019；N-InGaN层14的生长温度为700-900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-20nm、In组分为0.02-0.2 ，Si的参杂浓度为5×1017-1×1019。
[0018] P型半导体层613从下至上依次包括P-AlGaN层15和P-InGaN层16，或者从下至上依次包括P-InGaN层16、P-AlGaN层15。P-AlGaN层15的生长温度为700-900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-20nm，Al组分为0.1-0.4 ，Mg的参杂浓度为5×1017-1×1020；P-InGaN层16的生长温度为700-900℃,生长压力为200-600mbar,生长厚度为1-20nm，In组分为0.02-0.2 ，Mg的参杂浓度为5×1017-1×1020。
[0019] 本发明结构的制备方法是在MOCVD反应炉里进行高温
烘烤，去除图形化衬底1表面的残余杂质，缓慢降温在500-900℃之间，生长一层AlN缓冲层2。然后迅速升温，在900-1200℃生长U型GaN层3，生长大约10-80min，厚度为1-10um。之后生长N型GaN层4，生长温度在800-1200℃，生长时间为10-80min,生长总厚度在10-10000nm。生长浅量子阱5，生长温度在
680-880℃，生长总厚度10nm-2000nm。生长有源区6，生长温度在680-880℃，生长总厚度
10nm-2000nm。生长应力补偿层601。生长电子阻挡层7，在800-1000℃下，厚度为50-1000埃。
再生长P型GaN层8，在800-1200℃温度下生长，厚度为1000-5000埃，Mg的浓度为5x1017 ~
1x1023 cm3。
[0020] 本发明结构中应力补偿效应垒层601的具体生长方式包括以下步骤：
[0021] 实施例一：
[0022] ① 首先生长U-GaN层10，生长温度为700℃,生长压200mbar,
[0023] 生长厚度为1nm；U-AlGaN层11生长温度为700℃,生长压力为200mbar,生长厚度为1nm，Al组分为0.1；U-InGaN层12生长温度为700℃,生长压力为200mbar,生长厚度为1nm、In组分为0.02 。
[0024] ②其次，生长N-AlGaN层13，生长温度为700℃,生长压力为200mbar,生长厚度为1nm，Al组分为0.1，Si的参杂浓度为5×1017；N-InGaN层14生长温度为700℃,生长压力为
200mbar,生长厚度为1nm，In组分为0.02，Si的参杂浓度为5×1017。
[0025] ②最后，生长P-AlGaN层15生长温度为700℃,生长压力为
[0026] 200mbar,生长厚度为1nm，Al组分为0.1，Mg的参杂浓度为5×1017；P-InGaN层16生长温度为700℃,生长压力为200mbar,生长厚度为1nm，In组分为0.02 ，Mg的参杂浓度为5×1017。
[0027] 实施例二：
[0028] ① 首先生长U-GaN层10生长温度为800℃,生长压400mbar,
[0029] 生长厚度为1nm；U-AlGaN层11生长温度为800℃,生长压力为400mbar,生长厚度为1nm，Al组分为0.2 ；U-InGaN层12生长温度为800℃,生长压力为400mbar,生长厚度为1nm，In组分为0.05 。
[0030] ③其次，生长N-AlGaN层13生长温度为800℃,生长压力为
[0031] 400mbar,生长厚度为1nm，Al组分为0.2，Si的参杂浓度为5×1017；N-InGaN层14生长温度为800℃,生长压力为400mbar,生长厚度为1nm，In组分为0.05，Si的参杂浓度1×1018。
[0032] ④最后，生长P-AlGaN层15生长温度为800℃,生长压力为
[0033] 400mbar,生长厚度为1nm，Al组分为0.2，Mg的参杂浓度为1×1018；P-InGaN层16生长温度为800℃,生长压力为400mbar,生长厚度为1nm，In组分为0.05 ，Mg的参杂浓度为1×1018。
[0034] 实施例三：
[0035] ①首先生长U-GaN层10生长温度为800℃,生长压400mbar,生长
[0036] 厚度为1nm；U-AlGaN层11生长温度为800℃,生长压力为400mbar,生长厚度为2nm，Al组分为0.2 ；U-InGaN层12生长温度为800℃,生长压力为400mbar,生长厚度为3nm，In组分为0.05 。
[0037] ②其次，生长N-AlGaN层13生长温度为800℃,生长压力为400mbar,生长厚度为2nm，Al组分为0.2，Si的参杂浓度为5×1017；N-InGaN层14生长温度为800℃,生长压力为
400mbar,生长厚度为4nm，In组分为0.05，Si的参杂浓度为1×1018。
[0038] ③最后，生长P-AlGaN层15生长温度为800℃,生长压力为400mbar,生长厚度为2nm，Al组分为0.2，Mg的参杂浓度为1×1018；P-InGaN层16生长温度为800℃,生长压力为
400mbar,生长厚度为4nm，In组分为0.05 ，Mg的参杂浓度为1×1018。
[0039] 实施例四：
[0040] ①首先生长U-GaN层10生长温度为900℃,生长压400mbar,
[0041] 生长厚度为1nm；U-AlGaN层11生长温度为900℃,生长压力为400mbar,生长厚度为1nm，Al组分为0.2 ；U-InGaN层12生长温度为900℃,生长压力为400mbar,生长厚度为1nm，In组分为0.05 。
[0042] ②其次，生长N-AlGaN层13生长温度为900℃,生长压力为400mbar,生长厚度为1nm，Al组分为0.2，Si的参杂浓度为5×1017；N-InGaN层14生长温度为900℃,生长压力为
400mbar,生长厚度为1nm，In组分为0.05，Si的参杂浓度为1×1018。
[0043] ③最后，生长P-AlGaN层15生长温度为900℃,生长压力为400mbar,生长厚度为1nm，Al组分为0.2，Mg的参杂浓度为1×1018；P-InGaN层16生长温度为900℃,生长压力为
400mbar,生长厚度为1nm，In组分为0.05 ，Mg的参杂浓度为1×1018。
[0044] 实施例五：
[0045] ①首先生长U-GaN层10生长温度为900℃,生长压600mbar,生长
[0046] 厚度为1nm；U-AlGaN层11生长温度为900℃,生长压力为600mbar,生长厚度为1nm，Al组分为0.2 ；U-InGaN层12生长温度为900℃,生长压力为600mbar,生长厚度为1nm，In组分为0.05 。
[0047] ②其次，生长N-AlGaN层13生长温度为900℃,生长压力为600mbar,生长厚度为1nm，Al组分为0.2，Si的参杂浓度为5×1017；N-InGaN层14生长温度为900℃,生长压力为
600mbar,生长厚度为1nm，In组分为0.05，Si的参杂浓度为1×1018。
[0048] ③最后，生长P-AlGaN层15生长温度为900℃,生长压力为600mbar,生长厚度为1nm，Al组分为0.2，Mg的参杂浓度为1×1018；P-InGaN层16生长温度为900℃,生长压力为
600mbar,生长厚度为1nm，In组分为0.05 ，Mg的参杂浓度为1×1018。
[0049] 实施例六：
[0050] ①首先生长U-GaN层10生长温度为900℃,生长压600mbar,
[0051] 生长厚度为10nm；U-AlGaN层11生长温度为900℃,生长压力为600mbar,生长厚度为10nm，Al组分为0.2 ；U-InGaN层12生长温度为900℃,生长压力为600mbar,生长厚度为10nm，In组分为0.05 。
[0052] ②其次，生长N-AlGaN层13生长温度为900℃,生长压力为600mbar,生长厚度为10nm，Al组分为0.2，Si的参杂浓度为1×1018；N-InGaN层14生长温度为900℃,生长压力为
18
600mbar,生长厚度为10nm，In组分为0.05，Si的参杂浓度为1×10 。
[0053] ③最后，生长P-AlGaN层15生长温度为900℃,生长压力为600mbar,生长厚度为10nm，Al组分为0.2，Mg的参杂浓度为1×1019；P-InGaN层16生长温度为900℃,生长压力为
600mbar,生长厚度为10nm，In组分为0.05 ，Mg的参杂浓度为1×1019。
[0054] 实施例七：
[0055] ①首先生长U-GaN层10生长温度为900℃,生长压力为600mbar,
[0056] 生长厚度为20nm；U-AlGaN层11生长温度为900℃,生长压力为600mbar,生长厚度为20nm，Al组分为0.4 ；U-InGaN层12生长温度为900℃,生长压力为600mbar,生长厚度为20nm，In组分为0.2 。
[0057] ②其次，生长N-AlGaN层13生长温度为900℃,生长压力为600mbar,生长厚度为20nm，Al组分为0.4 ，Si的参杂浓度为1×1019；N-InGaN层14生长温度为900℃,生长压力为
600mbar,生长厚度为20nm，In组分为0.2 ，Si的参杂浓度为1×1019。
[0058] ③最后，生长P-AlGaN层15生长温度为900℃,生长压力为600mbar,生长厚度为20nm，Al组分为0.4 ，Mg的参杂浓度为1×1020；P-InGaN层16生长温度为900℃,生长压力为
20
600mbar,生长厚度为20nm，In组分为0.2 ，Mg的参杂浓度为1×10 。
[0059] 以上所述，仅为本发明的具体实施例，并不限于本发明的其它实施方式，凡属本发明的技术路线原则之内，所做的任何显而易见的
修改、替换或改进，均应属于本发明的保护范围之内。
