[發明專利]一種發光二極管外延片結構

有效

• 申請號: 201410695201.8
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104377283B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 舒立明;張東炎;劉曉峰;劉志彬;王良鈞;王篤祥
• 申請（專利權）人: 天津三安光電有限公司
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及氮化鎵半導體器件外延領域，尤其涉及具有高效率二維電子氣的發光二極管外延片結構。

背景技術

發光二極管（英文縮寫為LED）是一種半導體固體發光器件，其利用半導體PN結作為發光結構，近年來，以GaN為代表的第三代寬禁帶半導體材料受到了人們的廣泛關注和大力研究，在大功率電子器件領域取得了顯著的優勢，并在近幾年來取得了突破性的進展。

在大功率LED制作過程中，外延結構是關鍵技術，而通常的LED采用P-N結構，在P型半導體和N型半導體之間設定多量子阱發光層，但隨著芯片尺寸的增加，電流擁堵現象日漸突出，對芯片發光均勻性和抗靜電能力均提出了更高的要求。

發明內容

本發明提供一種具有高效率二維電子氣的發光二極管外延片結構，技術方案包括：

1）在氫氣或氫氣、氮氣、氨氣三種氣體混合氣氛下，對襯底進行熱處理。

2）在熱處理后襯底上，依次生長低溫Al_xGa_1-xN（0≤x≤1）緩沖層，非摻氮化鎵層，N型氮化鎵層，多量子阱發光層以及P型氮化鎵層。

3）其中在N型氮化鎵生長過程中插入至少插入一個In_yGa_1-yN/AlN復合層（0＜y≤1），在P型氮化鎵層的生長過程中插入至少插入一個AlN/In_zGa_1-zN復合層（0＜z≤1）。

進一步地，N型氮化鎵層中不同位置In_yGa_1-yN/AlN復合層和P型氮化鎵層中不同位置AlN/In_zGa_1-zN復合層，In濃度保持不變（即y、z保持恒定），或呈現依次線性遞增或遞減、或呈鋸齒、矩形、高斯分布、階梯狀分布。

進一步地，N型氮化鎵層中不同位置In_yGa_1-yN/AlN復合層和P型氮化鎵層中不同位置AlN/In_zGa_1-zN復合層，In濃度采用溫度或/和TMIn通入量進行控制。

進一步地，N型氮化鎵層中不同位置In_yGa_1-yN/AlN復合層和P型氮化鎵層中不同位置AlN/In_zGa_1-zN復合層，InGaN或AlN厚度保持恒定或呈現依次線性遞增或遞減、或呈鋸齒、矩形、高斯分布、階梯狀等分布。

進一步地，N型氮化鎵層中In_yGa_1-yN/AlN復合層和P型氮化鎵層中AlN/In_zGa_1-zN復合層中AlN插入層可以用AlGaN或AlInGaN或AlInN替代。

進一步地，所述N型氮化鎵層被In_yGa_1-yN/AlN復合層間隔開的同一子層之內、不同子層之間的Si摻濃度保持恒定或呈現依次線性遞增或遞減、或呈鋸齒、矩形、高斯分布、階梯狀分布。

進一步地，所述P型氮化鎵層被AlN/In_zGa_1-zN復合層間隔開的同一子層之內、不同子層之間的Mg摻濃度保持恒定或呈現依次線性遞增或遞減、或呈鋸齒、矩形、高斯分布、階梯狀分布。

本發明提供一種具有高效率二維電子氣的發光二極管外延片結構，其技術效果至少包括：利用在N型氮化鎵生長過程中插入多層In_yGa_1-yN/AlN復合層（0＜y≤1），在P型氮化鎵層的生長過程中插入多層AlN/In_zGa_1-zN復合層（0＜z≤1），復合層中AlN部分抬高了勢壘，形成了載流子阻擋層；In_yGa_1-yN層降低了勢壘，形成了載流子俘獲層，使在N型氮化鎵層與P型氮化鎵層中形成濃度相對更高、分布更加集中的二維電子氣。

本發明利用不同材料的禁帶寬度不同，在N型氮化鎵層和P型氮化鎵層中同時形成高勢壘阻擋層和載流子俘獲層，在相同的摻雜濃度條件下，形成的二維電子氣濃度更高，分布更加集中，大大提升電流擴展能力。

附圖說明

圖1 為本發明發光二極管外延結構圖。

圖2為圖1中的 N型氮化鎵層4結構放大示意圖。