一種氮化鎵發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種氮化鎵發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]LED，即半導(dǎo)體發(fā)光二極管，具有發(fā)光效率高，壽命長，尺寸小，顏色豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用。氮化鎵發(fā)光二極管是其中的典型代表，包括外延結(jié)構(gòu)和設(shè)于外延結(jié)構(gòu)上的電極?，F(xiàn)有的氮化鎵發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)包括襯底、以及依次生長在襯底上的N型層、多個(gè)量子阱層及P型層，
[0003]半導(dǎo)體發(fā)光二極管是利用外延結(jié)構(gòu)中電子和空穴在夾于N型摻雜區(qū)和P型摻雜區(qū)之間的有源區(qū)內(nèi)進(jìn)行輻射復(fù)合來發(fā)光的。一般電子的迀移速率是空穴的10倍以上。電子與空穴的迀移速率的差異，導(dǎo)致電子大量越過有源區(qū)進(jìn)入P型摻雜區(qū)與空穴復(fù)合，影響發(fā)光效率。
[0004]不少外延結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在有源區(qū)之前增加電流擴(kuò)展的緩沖層來緩解電子空穴迀移速率的差異問題，但不能徹底解決。尤其是大功率的LED芯片，由于電流密度增加，發(fā)光效率明顯下降，此問題急待解決。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種氮化鎵發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，在多個(gè)量子阱層之間增加緩沖插入層，電流密度從20mA增加至350mA時(shí)，發(fā)光效率持續(xù)增加，不會(huì)因?yàn)殡娏髅芏鹊脑龃蠖鴾p小。
[0006]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種氮化鎵發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，包括襯底、以及依次生長在襯底上的氮化鎵二維晶體層、非摻雜的氮化鎵層、N型氮化鎵攙雜層、多個(gè)周期的量子阱結(jié)構(gòu)及P型氮化鎵攙雜層，所述量子阱結(jié)構(gòu)每個(gè)周期包括一個(gè)氮化鎵皇層和一個(gè)非摻雜的氮化銦鎵阱層，在所述多個(gè)周期的量子阱結(jié)構(gòu)中間插入緩沖插入層；N個(gè)周期的下量子阱結(jié)構(gòu)之上為M個(gè)周期的緩沖插入層，緩沖插入層之上為η個(gè)周期的上量子阱結(jié)構(gòu)。N為4?10的整數(shù)，η為I?8的整數(shù)，N彡(Ν+η) /2，M為I?5的整數(shù)。
[0007]所述緩沖插入層每個(gè)周期包括一個(gè)P型氮化鎵攙雜層、一個(gè)P型氮化銦鎵攙雜層和一個(gè)N型氮化鎵攙雜層。
[0008]所述N為5?10的整數(shù)，η為I?4的整數(shù)。
[0009]所述緩沖插入層一個(gè)P型氮化鎵攙雜層，厚度為10?50nm，攙雜濃度為(5?50) X 11Vcm3;
[0010]所述緩沖插入層一個(gè)P型氮化銦鎵攙雜層，厚度為5?15nm，攙雜濃度為(5?50) X 11Vcm3;
[0011]所述緩沖插入層一個(gè)N型氮化鎵攙雜層，厚度為20?70nm，攙雜濃度為(I?10) XlO1Vcm3O
[0012]所述緩沖插入層的P型氮化鎵攙雜層和P型氮化銦鎵攙雜層的攙雜元素為鎂Mg。所述緩沖插入層的N型氮化鎵攙雜層中的攙雜元素為硅Si。
[0013]所述I?5個(gè)周期的緩沖插入層總厚度為35?675nm。
[0014]所述緩沖插入層中各個(gè)周期的P型氮化鎵攙雜層相同，各個(gè)周期的P型氮化銦鎵攙雜層相同，各個(gè)周期的N型氮化鎵攙雜層相同。
[0015]所述下量子講結(jié)構(gòu)和上量子講結(jié)構(gòu)的一個(gè)氮化鎵皇層厚度為10?12nm，一個(gè)氮化銦鎵阱層厚度為2?3nm。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型一種氮化鎵發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為:1、量子阱結(jié)構(gòu)分為下量子阱結(jié)構(gòu)和上量子阱結(jié)構(gòu)，之間插入緩沖插入層，防止電子越過有源區(qū)進(jìn)入P型摻雜區(qū)與空穴復(fù)合，大大提高了發(fā)光效率，以無緩沖插入層、但其它層的結(jié)構(gòu)相同的外延結(jié)構(gòu)制作的發(fā)光二極管為對(duì)比例，在相同電壓條件下，當(dāng)電流密度從20mA增加至350mA過程中，本實(shí)用新型外延結(jié)構(gòu)制作的發(fā)光二極管發(fā)光效率持續(xù)增加，在電流密度達(dá)350mA，發(fā)光效率仍無衰減；2、多個(gè)周期多層結(jié)構(gòu)的緩沖插入層厚度均勻，對(duì)電子的阻擋作用平均，故發(fā)光二極管發(fā)光均勻性得到改善；3、用現(xiàn)有半導(dǎo)體薄膜生長設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)本外延結(jié)構(gòu)的制備，易于推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0017]圖1為本氮化鎵發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)實(shí)施例1剖視示意圖；
[0018]圖2為圖1中的緩沖插入層剖視示意圖；
[0019]圖3為圖1中的下量子阱剖視示意圖；
[0020]圖4為本氮化鎵發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)實(shí)施例1及對(duì)比例外延結(jié)構(gòu)制作成350 μ mX 350 μ m的發(fā)光二極管芯片，工作電壓為3.12V，當(dāng)電流密度為20mA增至350mA時(shí)，發(fā)光效率的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
[0022]本氮化鎵發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)實(shí)施例1如圖1所示，包括藍(lán)寶石襯底1、氮化鎵二維晶體層2、非摻雜的氮化鎵層3、N型氮化鎵攙雜層4、5個(gè)周期的下量子阱結(jié)構(gòu)5、2個(gè)周期的緩沖插入層6、4個(gè)周期的上量子阱結(jié)構(gòu)7及P型氮化鎵攙雜層8。
[0023]本例的下量子阱結(jié)構(gòu)5如圖2所示，為5個(gè)周期，每個(gè)周期包括一個(gè)氮化鎵皇層51和一個(gè)氮化銦鎵阱層52。上量子阱結(jié)構(gòu)7每個(gè)周期與下量子阱結(jié)構(gòu)5的每個(gè)周期相同。
[0024]本例的緩沖插入層6如圖3所示，為2個(gè)周期，每個(gè)周期的緩沖插入層包括一個(gè)P型氮化鎵攙雜層61、一個(gè)P型氮化銦鎵攙雜層62和一個(gè)N型氮化鎵攙雜層63。2個(gè)周期對(duì)應(yīng)的層厚度和攙雜情況相同。
[0025]本例緩沖插入層6的一個(gè)周期中，P型氮化鎵攙雜層61，厚度為10nm，攙入鎂Mg，攙雜濃度為5 X 1017/cm3；P型氮化銦鎵攙雜層62，厚度為5nm，攙入鎂Mg，攙雜濃度為5 X 1018/cm3；N型氮化鎵攙雜層63，厚度為20nm，攙入硅Si，攙雜濃度為I X 10 18/cm3。
[0026]本例緩沖插入層6的另一個(gè)周期中，P型氮化鎵攙雜層61，厚度為20nm，攙入鎂Mg，攙雜濃度為10 X 1017/cm3；P型氮化銦鎵攙雜層62，厚度為10nm，攙入鎂Mg，攙雜濃度為10\1018/0113辦型氮化鎵攙雜層63，厚度為4011111，攙入硅Si，攙雜濃度為10X1018/cm3。
[0027]本例2個(gè)周期的緩沖插入層6總厚度為105nm。
[0028]實(shí)施例2
[0029]為了便于比較，本例的襯底1、氮化鎵二維晶體層2、非摻雜的氮化鎵層3、N型氮化鎵攙雜層4及P型氮化鎵攙雜層8與實(shí)施例1相同。
[0030]本例的下量子阱結(jié)構(gòu)5為4個(gè)周期，每個(gè)周期包括一個(gè)氮化鎵皇層51和一個(gè)氮化銦鎵阱層52，上量子阱結(jié)構(gòu)7為I個(gè)周期，與下量子阱結(jié)構(gòu)的一個(gè)周期相同。
[0031]本例的緩沖插入層6為I個(gè)周期，包括一個(gè)P型氮化鎵攙雜層61、一個(gè)P型氮化銦鎵攙雜層62和一個(gè)N型氮化鎵攙雜層63。
[0032]其中P型氮化鎵攙雜層61，厚度為50nm，攙入鎂Mg，攙雜濃度為50X 11Vcm3;
[0033]本例緩沖插入層6的一個(gè)P型氮化銦鎵攙雜層62，厚度為15nm，攙入鎂Mg，攙雜濃度為 50 X 11Vcm3;
[0034]本例緩沖插入層6的一個(gè)N型氮化鎵攙雜層63，厚度為70nm，攙入硅Si，攙雜濃度為 1X