發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)和外延結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子制造技術(shù)，尤其涉及一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)和外延結(jié)構(gòu)的生長方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管是一種常見的光子器件，其核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的芯片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。
[0003]發(fā)光二極管是采用外延生長的方式生成的一種外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)主要由襯底、提供電子的N型層、提供空穴的P型層以及復(fù)合區(qū)的有源層組成，主要應(yīng)用于照明、交通信號燈、電視、手機等的背光源，背光源中的藍、綠、白光主要是采用金屬有機化學(xué)氣相沉積法將氮化鎵材料沉積到藍寶石襯底上形成的。
[0004]但是，現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)光二極管的發(fā)光效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)和外延結(jié)構(gòu)的制備方法，解決了藍寶石襯底與氮化鎵本身缺陷引起的發(fā)光二極管發(fā)光效率不高的問題，提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
[0006]本發(fā)明提供的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，包括:在襯底上由下至上依次生長的U型氮化鎵GaN層、N型GaN層、功能層、發(fā)光層和P型GaN層，所述功能層摻入娃元素、招元素和銦元素。
[0007]其中所述功能層為超晶格結(jié)構(gòu)，所述功能層至少包括3個由下至上依次生長的循環(huán)層，所述循環(huán)層包括由下至上依次生長的摻硅元素的N型GaN層，摻硅元素、鋁元素和銦元素的第一 N型鋁銦氮化鎵Al InGaN層，摻入硅元素、鋁元素和銦元素的第二 N型Al InGaN層，且所述摻硅元素的N型GaN層、所述第一 N型AlInGaN層和所述第二 N型AlInGaN層的摻雜濃度不同。
[0008]其中所述循環(huán)層中每一層的硅元素的摻雜濃度為le17/Cm3-lel9/Cm3，摻雜有鋁元素的層中鋁元素的組分為0.02-0.5，摻雜有銦元素的層中銦元素的組分為0.02-0.05。
[0009]可選地，所述循環(huán)層中所述第一 N型Al InGaN層和所述第二 N型Al InGaN層中的招元素的組分呈線性增加、所述第一 N型AlInGaN層和第二 N型AlInGaN層中的銦元素的組分呈線性增加。
[0010]可選地，所述循環(huán)層中的銦元素的組分與鋁元素的組分相關(guān)。
[0011 ] 上述功能層的生長溫度位于500°C_1000°C范圍內(nèi)、壓力位于50torr_500torr范圍內(nèi)、轉(zhuǎn)速位于為500rpm-1500rpm范圍內(nèi)、生長速率位于2ym/h_6ym/h范圍內(nèi)。
[0012]進一步地，所述功能層與所述發(fā)光層之間生長有GaN蓋帽層，所述GaN蓋帽層的厚度位于5nm-50nm范圍內(nèi)。
[0013]上述功能層的厚度位于100nm-200nm范圍內(nèi)。
[0014]本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括:
[0015]在襯底上由下往上依次生長U型氮化鎵GaN層、N型GaN層、功能層、發(fā)光層和P型GaN層;其中，生長所述功能層包括:
[0016]步驟A:在所述N型GaN層上生長摻硅元素的N型GaN層；
[0017]步驟B:在所形成的摻硅元素的N型GaN層上生長摻硅元素、鋁元素和銦元素的第一N型鋁銦氮化鎵Al InGaN層；
[0018]步驟C:在所形成的第一 N型Al InGaN層上生長摻硅元素、鋁元素和銦元素的第二 N型Al InGaN層，得到循環(huán)層；
[0019]步驟D:在所形成的循環(huán)層上，按照預(yù)設(shè)循環(huán)次數(shù)重復(fù)執(zhí)行所述步驟A至所述步驟C，得到所述功能層。
[0020]進一步地，上述發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)的制備方法還包括:
[0021 ]在所述功能層與所述發(fā)光層之間生長GaN蓋帽層。
[0022]本發(fā)明提供的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)和外延結(jié)構(gòu)的制備方法，通過在襯底上由下至上依次生長的U型GaN層、N型GaN層、功能層、發(fā)光層和P型GaN層，所述功能層摻入娃元素、鋁元素和銦元素，解決了藍寶石襯底與GaN本身缺陷引起的發(fā)光二極管發(fā)光效率不高的問題，實現(xiàn)了電流的水平擴展，增大了電子與空穴的接觸面積，提高發(fā)光面積，降低電子的運行速度，增大與空穴的接觸的有效電子數(shù)，提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明提供的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明提供的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)實施例二的功能層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明提供的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明提供的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)中功能層的制備方法實施例的流程示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明提供的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)的制備方法實施例的流程示意圖。
[0029]附圖標記說明:
[0030]10:發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)；
[0031]100:襯底；
[0032]200: U型 GaN層；
[0033]300: N型 GaN層；
[0034]400:功能層；
[0035]410:循環(huán)層；
[0036]401:摻 Si 的 N型 GaN層；
[0037]402:第一 N 型 Al InGaN層；
[0038]403:第二 N 型 Al InGaN層；
[0039]500:發(fā)光層；
[0040]600: P型GaN層；
[0041]700: GaN 蓋帽層。
【具體實施方式】
[0042]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0043]現(xiàn)有技術(shù)中，在藍寶石(Al2O3)襯底上生長氮化鎵GaN發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，存在以下問題:首先藍寶石的晶格常數(shù)和GaN的晶格常數(shù)不同，晶格失配度較大，產(chǎn)生較多的非輻射復(fù)合(即電子和空穴復(fù)合釋放的能量，不是以光子的形式釋放)，降低了發(fā)光二極管的發(fā)光效率;其次藍寶石不能導(dǎo)電，導(dǎo)致電流的橫向擴展能力差，使得電流對電子的作用面積減少，電子與空穴的接觸面積減少，導(dǎo)致發(fā)光二極管的出光面較少，降低發(fā)光二極管的發(fā)光效率;最后在GaN發(fā)光二極管中，電子的迀移率遠遠大于空穴的迀移率，使得電子不能很好地與空穴接觸，降低發(fā)光二極管的發(fā)光效率，并且現(xiàn)有的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)其抗靜電能力差，發(fā)光二極管芯片容易被擊穿。
[0044]本發(fā)明提供的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)和外延結(jié)構(gòu)的制備方法通過在N型GaN層和發(fā)光層之間生長功能層，用于解決上述技術(shù)問題，旨意提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率和發(fā)光二極管芯片的抗擊穿能力，本發(fā)明提供的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)和外延結(jié)構(gòu)的制備方法適用于GaN發(fā)光二極管。
[0045]圖1為本發(fā)明提供的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實施例提供的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)10包括:在襯底100上由下至上依次生長的U型GaN層200(U型GaN層)、P^^GaN層300、功能