[發明專利]GaN基LED外延結構及其制作方法

有效

• 申請號: 201510058640.2
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN104638083B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 琚晶;馬后永;李起鳴
• 申請（專利權）人: 映瑞光電科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 智云

本發明提供一種GaN基LED外延結構及其制作方法，外延結構包括：依次層疊的成核層、未摻雜GaN層、N型GaN層、超晶格結構、多量子阱結構、AlGaN層、低溫P型AlInGaN層、P型電子阻擋層及P型GaN層，P型GaN層為由第一子P型GaN層及第二子P型GaN層交替組成的周期性結構，第一子P型GaN層與第二子P型GaN層具有不同的Mg摻雜濃度分布。將GaN基LED外延結構內的P型GaN層設計為由具有不同Mg摻雜濃度分布的第一子P型GaN層及第二子P型GaN層交替組成的周期性結構，通過調整P型GaN層的Mg摻雜方式可以改變Mg的激化能量，從而提高了Mg的活化率，降低了P型GaN層的電阻率，進而達到降低GaN基LED正向電壓的目的。

技術領域

本發明屬于半導體發光領域，涉及一種GaN基LED外延結構及其制作方法。

背景技術

發光二極管(LED，Light Emitting Diode)由于具有壽命長、耗能低等優點，已被廣泛應用于各個領域，尤其隨著其照明性能指標日益大幅提高，LED在照明領域常用作發光裝置。其中，以氮化鎵(GaN)為代表的III-V族化合物半導體，尤其是GaN(氮化鎵)基LED由于具有帶隙寬、發光效率高、電子飽和漂移速度高、化學性質穩定等特點，在高亮度藍光發光二極管、藍光激光器等光電子器件領域有著巨大的應用潛力，引起了人們的廣泛關注。

在相同電流密度驅動下，正向電壓的高低成為衡量LED性能的一個重要參數。正向電壓越低，芯片的功耗越小，越具有市場競爭力。而外延結構的好壞是直接影響芯片質量的決定因素。因而，通過降低GaN基LED外延結構的正向電壓來降低芯片的正向電壓是最直接也是最有效的途徑。外延片的正向電壓壓降主要來源于n型GaN底層，量子阱有源區，p型GaN層，電子阻擋層等。某些因素的存在增大了固有的壓降，例如極化電場-InGaN/GaN發光二極管由于勢阱與勢壘之間的晶格失配，導致他們之間存在極化電場。該極化電場的存在使得能帶結構發生了較大的改變，導致勢壘形狀變成了很大的三角形。這些三角形勢壘對載流子在有源區的流動有很大的阻礙作用，造成了正向電壓的升高；另外，如P型GaN材料由于Mg的活化效率很低，往往很難達到高的空穴濃度，造成了P端的電阻率較大，寄生電阻高。

傳統外延改善電壓的方法多對外延材料及結構進行優化，如n型摻雜、p型摻雜及內部電流擴展等結構設計，這些方法所涉及的參數較多，調整也較為復雜和耗時較久，且不同機臺間的調整方向沒有很強的復制性，容易造成LED芯片其他性能受到影響。

因此需要一種實現簡單，復制性強的方法來降低LED芯片電壓的外延方法。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種GaN基LED外延結構及其制作方法，用于解決現有技術中由于某些因素的存在增大了固有的壓降而導致的正向電壓升高的問題，以及使用傳統外延改善電壓的方法存在的涉及參數較多，調整比較復雜耗時，且不同機臺間的調整方向沒有很強的復制性，容易造成LED芯片其他性能受到影響的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種GaN基LED外延結構，所述外延結構包括依次層疊的成核層、未摻雜GaN層、N型GaN層、超晶格結構、多量子阱結構、AlGaN層、低溫P型AlInGaN層、P型電子阻擋層及P型GaN層；所述P型GaN層為由第一子P型GaN層及第二子P型GaN層交替組成的周期性結構，所述第一子P型GaN層及所述第二子P型GaN層的摻雜元素均為Mg；其中，在每個周期內，所述第一子P型GaN層與所述第二子P型GaN層具有不同的Mg摻雜濃度分布。

優選地，所述成核層的厚度為15nm～50nm；所述未摻雜GaN層及所述N型GaN層的總厚度為1.5μm～4.5μm；所述N型GaN層內的摻雜元素為Si，Si的摻雜濃度為1e18cm^-3～3e19cm^-3。