一种具有折叠状量子阱层的InGaN基红光LED外延薄膜结构的制作方法

本发明涉及半导体光电，特别是一种具有折叠状量子阱层的ingan基红光led外延薄膜结构。

背景技术：

1、当前市场上红光led的核心外延材料主要是gaas，这种材料在led制造中占据了重要的地位。不过，随着微led技术及其在各种应用领域中的飞速发展和广泛应用，一些问题开始浮出水面。尤其是gaas材料与蓝绿led中广泛使用的gan材料之间的兼容性问题，正逐渐成为制约行业进一步发展的关键因素。

2、这一问题不仅表现在两种材料在物理和化学属性上的差异，更在于它们在工艺整合、性能匹配等方面存在的难以逾越的鸿沟。同时，gaas材料的制造过程相当复杂，涉及多道精密工艺步骤，这无疑增加了生产成本，同时也影响了产品的良品率。良品率的下降不仅意味着资源的浪费，也影响了企业的盈利能力。

3、此外，gaas在小尺寸led芯片上表现出的光衰减问题同样不容忽视。尽管科研人员和工程师们已经尝试了多种方法来解决这一问题，但至今仍未能找到一个既经济又高效的解决方案。这一问题的存在不仅影响了led产品的性能和使用寿命，也在一定程度上限制了led技术的进一步发展。

4、在这样的背景下，ingan基红光外延技术开始受到业界的广泛关注。这种技术被视为有可能替代gaas，成为下一代红光led的核心技术。其主要优势在于有望提高材料和器件的均一性，从而提升生产效率。然而，这种技术也并非没有挑战。

5、ingan基红光led外延技术面临着材料物理特性的限制。尤其是在尝试实现高in掺杂浓度时，晶体的质量往往会受到影响，载流子能带也会发生扭曲。这些问题不仅影响了led的性能，也增加了制造的难度和成本。

6、因此，为了推动ingan基红光led外延技术的发展，科研人员正致力于提升gan外延的整体结晶质量，并寻找有效的方法来释放材料中的内应力。这些努力不仅关乎到led产品的性能和生产成本，更是推动整个led行业向前发展的关键。可以说，解决这些问题已经成为研发ingan基红光led外延薄膜层的首要任务。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有折叠状量子阱层的ingan基红光led外延薄膜结构，以解决上述技术问题。本发明通过特殊的折叠型量子阱层设计，进一步增长led薄膜层的发光波长，实现红光波段的发光。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种具有折叠状量子阱层的ingan基红光led外延薄膜结构，包括：

4、蓝宝石图形化衬底；

5、复合缓冲层，设置在所述蓝宝石图形化衬底上；

6、ugan（未掺杂氮化镓）层，设置在所述复合缓冲层上；

7、应力释放和多孔结构生成层，设置在所述ugan层上，其包括u-ingan（未掺杂si的铟镓氮）/h2 etching/gan的多层结构，用于释放应力并形成多孔结构；

8、gan盖层，设置在所述应力释放和多孔结构生成层上；

9、n型gan层循环结构，设置在所述gan盖层上，采用低温生长方式形成凹凸表面；

10、第三应力释放层，设置在所述n型gan层循环结构上；

11、折叠型量子阱层，设置在所述第三应力释放层上，为inn层、量子阱以及量子阱势垒的循环结构，其循环数控制在5-20，所述inn层厚度控制在0.5~1.0nm，所述量子阱为厚度控制在2-3nm的ingan, in的掺杂浓度控制在30%~35%，所述量子阱势垒包括barrier1和barrier2，其中barrier1为厚度控制在1-2nm的algan，al掺杂浓度控制在20%~25%，barrier2为厚度控制在2-3nm的gan；

12、lt-pgan（低温p型氮化镓）层、电子阻挡层（ebl）、ht-pgan（高温p型氮化镓）层以及p型接触层（p-contact层），依次设置在所述折叠型量子阱层上；

13、其中，所述折叠型量子阱层的设计使得led的发光峰值波长控制在600nm~620nm区间的红光波段。

14、所述复合缓冲层包括依次设置的aln材料复合缓冲层和低温gan材料复合缓冲层。

15、所述应力释放和多孔结构生成层的生长过程中，使用h2蚀刻表层和浅表层inn材料，形成微型孔隙结构。

16、所述n型gan层循环结构包括掺杂si的n型gan层和掺杂si的n型ingan层，其循环数控制在10-15；其中掺杂si的n型gan层每层的厚度控制在0.05-0.1um，si掺杂浓度控制在1.0e19-1.5e19；掺杂si的n型ingan层每层的厚度控制在0.1-0.2um，si掺杂浓度控制在1.0e19-1.5e19。

17、上述具有折叠状量子阱层的ingan基红光led外延薄膜结构，其发光峰值波长控制在600nm~620nm区间的红光波段。

18、上述具有折叠状量子阱层的ingan基红光led外延薄膜结构的制备方法，包括特定的生长步骤、材料选择和参数控制；所述生长步骤包括复合缓冲层、ugan层、应力释放和多孔结构生成层、gan盖层、ngan层循环结构、第三应力释放层、多量子阱发光层、lt-pgan层、ebl、ht-pgan层以及p-contact层的依次生长；通过调节精细参数，控制led芯片的发光峰值波长在600nm~620nm区间的红光波段。

19、本发明中，折叠型量子阱层的设计是关键创新点，通过特定的生长步骤和参数控制，实现红光波段的发光：应力释放和多孔结构生成层的设计改善了gan外延整体的垒晶质量并释放了应力；n型gan层循环结构采用低温生长方式，进一步释放应力并形成凹凸表面；多量子阱发光层包括well和barrier的精细结构，以及用于增加well有效in掺杂浓度的inn层；lt-pgan层、ebl层、ht-pgan层以及p-contact层的设计优化了电子阻挡和空穴注入效果。

20、本发明的有益效果在于：通过折叠型量子阱层的设计，有效提高了ingan基红光led的发光波长和发光效率；同时，通过特殊的应力释放和多孔结构生成层的设计，有效改善了gan外延整体的垒晶质量并释放了应力；此外，本发明的结构还具有良好的可重复性和稳定性。

技术特征：

1.一种具有折叠状量子阱层的ingan基红光led外延薄膜结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有折叠状量子阱层的ingan基红光led外延薄膜结构，其特征在于，所述复合缓冲层包括依次设置的aln材料复合缓冲层和低温gan材料复合缓冲层。

3.根据权利要求1所述的具有折叠状量子阱层的ingan基红光led外延薄膜结构，其特征在于，所述应力释放和多孔结构生成层包括5-20层u-ingan/h2 etching/gan结构。

4.根据权利要求1所述的具有折叠状量子阱层的ingan基红光led外延薄膜结构，其特征在于，所述n型gan层循环结构包括掺杂si的n型gan层和掺杂si的n型ingan层，其循环数控制在10-15。

5.根据权利要求4所述的具有折叠状量子阱层的ingan基红光led外延薄膜结构，其特征在于，其中掺杂si的n型gan层每层的厚度控制在0.05-0.1um，si掺杂浓度控制在1.0e19-1.5e19。

6.根据权利要求4所述的具有折叠状量子阱层的ingan基红光led外延薄膜结构，其特征在于，其中掺杂si的n型ingan层每层的厚度控制在0.1-0.2um，si掺杂浓度控制在1.0e19-1.5e19。

7.根据权利要求1所述的具有折叠状量子阱层的ingan基红光led外延薄膜结构，其特征在于，其发光峰值波长控制在600nm~620nm区间的红光波段。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的具有折叠状量子阱层的ingan基红光led外延薄膜结构在半导体光电技术领域中的应用。

技术总结本发明涉及一种具有折叠状量子阱层的InGaN基红光LED外延薄膜结构，旨在解决现行红光LED技术中材料匹配性、制程复杂性及光衰减等问题。通过特殊设计的折叠型量子阱层、应力释放层与多孔结构，本发明不仅显著提升了红光LED的发光波长至600nm~620nm区间，还改善了外延整体的垒晶质量，有效释放了应力。此外，通过优化外延层结构和参数，进一步提高了LED的发光效率和稳定性。本发明为红光LED的发展提供了创新的技术方案，具有重要的应用价值和发展潜力。技术研发人员：江汉,赵丽霞,徐洋洋,程虎,黎国昌,苑树伟,王文君,徐志军受保护的技术使用者：聚灿光电科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25