[發明專利]一種LED外延結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201310504963.0
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN103531680A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 李勇;崔德國
• 申請（專利權）人: 蘇州矩陣光電有限公司
• 主分類號: H01L33/04
• 分類號: H01L33/04;H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 彭秀麗

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種能降低LED正向壓降、提高發光效率和使用壽命的外延結構及其制備方法。

背景技術

氮化鎵（GaN）基發光二級管（Light-Emitting?Diode，LED）具有壽命長、功耗低、無污染等優點，可以應用在顯示、照明等諸多領域。雖然GaN基LED已經產業化，但現有的LED外延結構及其制備方法使得LED芯片正向壓降高、光效低的問題一直未能得到很好的解決。

中國專利CN103187497A公開了一種提高大尺寸芯片光效的外延結構及其生長方法，具體為：在PSS（Patterned?Sapphire?Substrate，譯為：圖形化的藍寶石襯底）上生長GaN緩沖層；在該GaN緩沖層上生長UGaN層；在所述U型GaN層上生長摻雜Si的N型GaN層；交替生長形成摻雜Si和Al的第一NAlGaN層和不摻雜Si的第一UGaN層，交替生長38-40個周期；接著交替生長形成摻雜Si和Al的第二NAlGaN層和不摻雜Si的第二UGaN層，交替生長25-26個周期；接著交替生長形成摻雜Si和Al的第三NAlGaN層和不摻雜Si的第三NGaN層，交替生長15-16個周期；周期性生長有源層MQW和PGaN層。該專利通過改變N型GaN層中Si的摻雜方式，即在N型GaN中周期性的摻雜或不摻雜Si，摻雜Si的GaN具有低電阻值，不摻雜Si的GaN具有高電阻值，高低電阻值交錯的N型GaN在電流輸送過程中使得電子橫向擴展能力加強。解決了同一阻值N型GaN層中，電子選擇最短路徑傳輸，使得最短路徑上電流擁擠，而流經量子阱的電流比較少，造成芯片正向壓降偏高的問題，而且使得量子阱電流均勻化，提高了亮度和光效。

中國專利CN103187497A中公開的外延結構可以解決現有技術中的外延結構使得芯片的驅動電壓較高，注入電子與空穴耦合發光效率變低導致亮度偏低的問題。但是，這種結構中N型GaN層的生長時間較長，而且會消耗大量的作為源材料的三甲基鋁，工藝復雜、制備成本高。

發明內容

為此，本發明所要解決的是現有技術中GaN基外延結構工藝復雜、制備成本高的問題，提供一種工藝簡單、制備成本低而且能有效降低正向壓降的LED外延結構及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

本發明所述的一種LED外延結構，包括在依次疊加設置的襯底、緩沖層、U型GaN層、N型GaN層、多量子阱層、P型GaN層，

N型GaN層包括第一N型層、第二N型層和第三N型層，各層均進一步包括交替設置的摻雜Si的GaN層和不摻雜的GaN層；

所述第一N型層厚度為900～1000nm，所述摻雜Si的GaN層和所述不摻雜的GaN層的厚度比為2:1，Si的摻雜濃度為7～8×10¹⁸/cm³，交替周期為15～20；

所述第二N型層厚度為1300～1400nm，所述摻雜Si的GaN層和所述不摻雜的GaN層的厚度比為3:1，Si的摻雜濃度為9～10×10¹⁸/cm³，交替周期為20～30；

所述第三N型層厚度為200～300nm，所述摻雜Si的GaN層和所述不摻雜的GaN層的厚度比為1:1，Si的摻雜濃度為5～6×10¹⁸/cm³，交替周期為10～15；

所述第一N型層靠近所述緩沖層設置；

所述多量子阱層與所述P型GaN層之間還直接設置有U型超晶格層；

所述P型GaN層包括依次設置的Mg摻雜GaN層、Mg摻雜AlInGaN層、Mg摻雜GaN層。

所述U型超晶格層為交替設置的Al_xGa_1-xN和GaN層，交替周期為4～8，單周期厚度為2～4nm，x=0.10～0.15。

所述多量子阱層包括交替設置的In_xGa_1-xN層/GaN層，In_xGa_1-xN層的厚度為2～3nm，GaN層的厚度為8～10nm，交替周期為9～15，x=0.15～0.20。