一种高复合效率的LED外延结构制造技术

一种高复合效率的LED外延结构，涉及发光二极管技术领域。本发明专利技术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、有源区、电子阻挡层和P型GaN层。其结构特点是，所述有源区从下至上包括阱层和复合垒层，复合垒层和阱层交替生长。所述复合垒层包括Si掺杂垒层和Si&Mg&Si掺杂垒层。本发明专利技术用在复合垒层中再掺杂Si&CP2Mg垒层，通过改变垒层Si&CP2Mg的掺杂浓度降低复合垒层的粗糙度并将复合垒层能级变得平滑，使得空穴传送更加容易，从而提高辐射复合几率，降低极化效应，增强LED出光效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光二极管
，特别是高复合效率的带复合垒层LED外延结构。
技术介绍
随着LED行业的迅猛发展，对于LED的应用也越来越广泛。例如：照明、背光源、交通灯、路灯、景观灯等等。因此，对LED的亮度要求也伴随着越来越高。越来越多的LED专家&学者在通过调整外延的结构，来提高LED外延片的亮度。现在最主要的方式有通过调整图形化衬底的深度高度、提高电流扩展、降低极化、降低内建电场、提高晶体质量、提高空穴浓度等，以此来获得高亮度的外延片。就目前来看，传统的LED外延结构参看图1，从下到上依次为：图形化衬底1、lN缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、阱层5、GaN垒层6、电子阻挡层7和P型GaN层8。传统LED外延片一直不能有效的克服的是图形化衬底1与GaN材料存在的晶格失配问题，产生自发极化和压电极化的情况。因此，使得能带产生了严重的弯曲，并导致量子阱对载流子的限制能力大幅度降低，因此产生较大的漏电流；并且，能带的弯曲致使本来浓度很低的空穴，不能均匀分布在有源区，从而降低复合几率。现有技术中，有很多报道大多针对于提高由InGaN的阱层&GaN的垒层组成的MQW的效率。在MQW的垒层掺杂Si，或是在MQW的阱层掺杂Si，并Si掺杂的增量变换将会限制压电厂，增强光致发光，增加出光功率等。但上述技术存在以下问题：波函数符合效率比较低，极化相对比较严重，应力比较大，电压相对比较高，空穴只限制在最后两个量子阱内等。除此之外，在MQW的垒层里掺杂Si会阻止空穴在两个相邻阱之间的传送。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种高复合效率的LED外延结构。它采用在复合垒层中再掺杂Si&CP2Mg垒层，通过改变垒层Si&CP2Mg的掺杂浓度降低复合垒层的粗糙度并将复合垒层能级变得平滑，使得空穴传送更加容易，从而提高辐射复合几率，降低极化效应，增强LED出光效率。为了达到上述专利技术目的，本专利技术的技术方案以如下方式实现：一种高复合效率的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、有源区、电子阻挡层和P型GaN层。其结构特点是，所述有源区从下至上包括阱层和复合垒层，复合垒层和阱层交替生长。所述复合垒层包括Si掺杂垒层和Si&Mg&Si掺杂垒层。在上述高复合效率的LED外延结构中，所述有源区的生长周期为4-80个周期，有源区在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长。在上述高复合效率的LED外延结构中，所述阱层为InGaN阱层，阱层生长温度为630-850℃，厚度为1-100nm，生长压力100-700mbar。所述复合垒层为GaN垒层，复合垒层的生长温度为750-950℃，生长厚度为1-100nm，生长压力为80-800mbar。在上述高复合效率的LED外延结构中，所述生长Si掺杂垒层，掺杂元素为Si，掺杂浓度为2x1017cm3-4.5x1020cm3。生长Si&Mg&Si掺杂垒层，先掺杂Si元素，掺杂浓度为2x1017cm3-4.5x1020cm3，再掺杂Mg，掺杂浓度为5x1017cm3，最后掺杂Si，掺杂浓度为2x1017cm3。本专利技术由于采用了上述结构，通过Mg的掺杂降低垒层的粗糙度，并且通过掺杂Si使得极化现象减弱，相对的能带倾斜的情况得到改善，使得能级变得较现有技术中的结构更加平滑，空穴更容易在复合垒层中传送，电动浓度提高，有效增加内量子效率。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。附图说明图1为现有技术中LED外延结构示意图；图2为本专利技术LED外延结构示意图；图3为本专利技术中有源区外延层的结构示意图。具体实施方式参看图2和图3，本专利技术高复合效率的LED外延结构从下至上依次包括图形化衬底1、AlN缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、有源区、电子阻挡层7和P型GaN层8。有源区从下至上包括阱层5和复合垒层60，复合垒层60和阱层5交替生长。复合垒层60包括Si掺杂垒层601和Si&Mg&Si掺杂垒层602。本专利技术中有源区的生长方式为：实施例一：有源区的生长周期为4个周期，有源区在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长。阱层5为InGaN阱层，阱层5生长温度为630℃，厚度为1-100nm，生长压力100mbar。复合垒层60为GaN垒层，复合垒层60的生长温度为750℃，生长厚度为1nm，生长压力为80mbar。生长Si掺杂垒层601，掺杂元素为Si，掺杂浓度为2x1017cm3。生长Si&Mg&Si掺杂垒层602，先掺杂Si元素，掺杂浓度为2x1017cm3，再掺杂Mg，掺杂浓度为5x1017cm3，最后掺杂Si，掺杂浓度为2x1017cm3。实施例二：有源区的生长周期为8个周期，有源区在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长。阱层5为InGaN阱层，阱层5生长温度为750℃，厚度为3nm，生长压力200mbar。复合垒层60为GaN垒层，复合垒层60的生长温度为880℃，生长厚度为10nm，生长压力为200mbar。生长Si掺杂垒层601，掺杂元素为Si，掺杂浓度为5x1017cm3。生长Si&Mg&Si掺杂垒层602，先掺杂Si元素，掺杂浓度为5x1017cm3，再掺杂Mg，掺杂浓度为5x1017cm3，最后掺杂Si，掺杂浓度为2x1017cm3。实施例三：有源区的生长周期为80个周期，有源区在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长。阱层5为InGaN阱层，阱层5生长温度为850℃，厚度为1-100nm，生长压力700mbar。复合垒层60为GaN垒层，复合垒层60的生长温度为950℃，生长厚度为100nm，生长压力为800mbar。生长Si掺杂垒层601，掺杂元素为Si，掺杂浓度为4.5x1020cm3。生长Si&Mg&Si掺杂垒层602，先掺杂Si元素，掺杂浓度为4.5x1020cm3，再掺杂Mg，掺杂浓度为5x1017cm3，最后掺杂Si，掺杂浓度为2x1017cm3。以上所述，仅为本专利技术的具体实施例，并不限于本专利技术的其它实施方式，凡属本专利技术的技术方案原则之内，所做的任何显而易见的修改、替换或改进，均应属于本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高复合效率的LED外延结构，它从下至上依次包括图形化衬底（1）、AlN缓冲层（2）、U型GaN层（3）、N型GaN层（4）、有源区、电子阻挡层（7）和P型GaN层（8），其特征在于：所述有源区从下至上包括阱层（5）和复合垒层（60），复合垒层（60）和阱层（5）交替生长，所述复合垒层（60）包括Si掺杂垒层（601）和Si&Mg&Si掺杂垒层（602）。

【技术特征摘要】
1.一种高复合效率的LED外延结构，它从下至上依次包括图形化衬底（1）、AlN缓冲层（2）、U型GaN层（3）、N型GaN层（4）、有源区、电子阻挡层（7）和P型GaN层（8），其特征在于：所述有源区从下至上包括阱层（5）和复合垒层（60），复合垒层（60）和阱层（5）交替生长，所述复合垒层（60）包括Si掺杂垒层（601）和Si&Mg&Si掺杂垒层（602）。2.根据权利要求1所述的高复合效率的LED外延结构，其特征在于：所述有源区的生长周期为4-80个周期，有源区在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长。3.根据权利要求1或2所述的高复合效率的LED外延结构，其特征在于：所述阱层（5）为InGa...

【专利技术属性】
技术研发人员：田宇，徐晶，郑建钦，曹强，杜小青，吴梅梅，钱凯，
申请(专利权)人：南通同方半导体有限公司，同方股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32