一种高光能密度输出的 led 外延结构及外延方法
【专利摘要】本发明涉及一种高光能密度输出的LED外延结构及外延方法，将两组或两组以上的LED基本结构单元以隧道节的结构进行连接而形成统一的外延器件结构，LED基本结构单元包括：n型层、发光层和P型层，其中，发光层处于n型层和p型层之间。并且，n型层、发光层和P型层又由若干子层组成。本发明所述LED外延结构可以在较低的电流密度注入条件下即获得较高的光子能流密度输出，提高了器件的光学控制因子。同时，它也缓解了LED器件在大电流密度驱动条件下的“能效降低”(Efficiency Droop)问题，维持了器件较高的能量转换效率。
【专利说明】一种高光能密度输出的LED外延结构及外延方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高光能密度输出的LED外延结构及外延方法，属于LED光电子器件的制造领域。
【背景技术】
[0002]基于砷化物AlJriyGah—yAs (O ^ x, y ^ I ；x+y 彡 I)、磷化物AlxInyGa1^yP (O ^ x, y ^ I ；x+y ^ I)、磷砷化物 AlJriyGah-yAShPz (O 彡 x, y, z ^ I ；x+y ^ I)和氮化物AlxInyGa1TyN (O彡x, y彡I ；x+y ( I ;纤锌矿晶体结构)半导体材料的发光二极管LED以其节能、环保、长寿命等优点逐渐在电子显示屏、景观照明、矿灯、路灯、液晶显示器背光源、普通照明、光盘信息存储、生物医药等领域展开广泛应用。上述化合物半导体可以覆盖从红外、可见到紫外光的全部光谱能量范围，而通过控制氮化物合金的阳离子组分可以准确地定制LED器件的发射波长。从应用领域范围、市场容量来看，又以氮化物LED的应用为大宗、主流，比如，以白光LED为应用代表的半导体照明行业。
[0003]虽然由上述化合物半导体制作的LED属直接带隙跃迀发光而具有较高的发光效率，但是，在目前技术条件下，LED器件在大电流密度驱动条件下，会出现电光转换效率降低的现象，即“能效降低”(Efficiency Droop)现象。而且，这种现象在氮化物LED上表现尤为明显。所以，在通常情况下，为了维持较高的能量转换效率和保证高可靠性，器件所使用的驱动电流密度都较低，如此便降低了 LED器件输出的光子能流密度和光子总输出功率。
[0004]对于某些需要器件具有高光子能流密度输出的场合，亦即需要器件具有高光学控制因子的定向照明应用领域，例如，汽车前大灯、射灯、筒灯、投影仪光源、体育场馆照明等，上述问题带来的矛盾就会突显出来。在传统LED外延结构下制作的照明灯具为了获得较高的光子能量密度，往往会用增大驱动电流而牺牲效率的办法来实现。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，针对传统LED外延结构仅有一组基本结构单元的现状，提供一种将两组或两组以上的LED基本结构单元以隧道节(隧道二极管)的结构进行连接而形成统一的具有高光能密度输出的LED外延结构。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种高光能密度输出的LED外延结构，包括依次设置的衬底层和外延层；所述外延层包括至少两组LED基本单元和至少一个隧道节；
[0007]所述每两组LED基本单元之间通过一个隧道节连接。
[0008]本发明的有益效果是:采用本发明所述LED外延结构制作的器件可以在保证输入电功率不变的情况下，通过提高工作总电压来实现工作电流的降低，即每个基本结构单元的正向压降通过隧道节实现串联累加，而每个基本结构的正向电流都是恒定的。这样便可以缓解LED器件在大电流密度驱动条件下的“能效降低"(Efficiency Droop)问题，使器件在较低的工作电流下维持较高的能量转换效率。因此，采用本发明所述LED外延结构可以在较低的电流密度注入条件下即获得较高的光能流度输出，因而提高了器件的光学控制因子，为后继LED灯珠、灯具和照明系统的开发提供了更好的灵活性，更多的可能性。
[0009]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0010]进一步，所述LED基本单元包括依次设置的η型层、发光层和ρ型层。
[0011]采用上述进一步方案的有益效果是，η型层、P型层分别提供载流子电子和空穴的注入，而发光层则是电子和空穴复合发光的场所。
[0012]进一步，所述η型层包括至少一个η型子层，砷化物AlxInyGa1IyAs (O彡X，y彡I ；x+y 彡 I)、磷化物 AlxInyGahiP (O ^ χ.Y ^ I ；x+y 彡 I)、磷砷化物AlJriyGah—yAShPz (O ^ x, y, z ^ I ；x+y ( I)和氮化物 AlJriyGah—yN (O ^ x, y ^ I ；x+y ( I)中的至少一种构成至少一个n型子层；
[0013]所述每个η型子层分别进行η型掺杂；所述每个η型子层的η型掺杂的掺杂浓度相同或不同，η型掺杂元素为S1、Sn、S、Se和Te中的至少一种。
[0014]进一步，所述P型层包括至少一个P型子层，砷化物AlxInyGa1IyAs (O ^ x, y ^ I ；x+y 彡 I)、磷化物 AlxInyGahiP (O ^ χ.Y ^ I ；x+y 彡 I)、磷砷化物AlJriyGah—yAShPz (O ^ x, y, z ^ I ；x+y ( I)和氮化物 AlJriyGah—yN (O ^ x, y ^ I ；x+y ( I)中的至少一种构成至少一个P型子层；
[0015]所述每个ρ型子层分别进行ρ型掺杂；
[0016]所述每个ρ型子层的ρ型掺杂的掺杂浓度相同或不同；p型掺杂元素为Be、Mg、Zn、Cd和C中的至少一种。
[0017]进一步，所述发光层包括至少一个薄膜子层，砷化物AlxInyGa1TyAs (O ^ x, y ^ I ；x+y 彡 I)、磷化物 AlxInyGahiP (O ^ χ.Y ^ I ；x+y 彡 I)、磷砷化物AlJriyGah—yAShPz (O ^ x, y, z ^ I ；x+y ( I)和氮化物 AlJriyGah—yN (O ^ x, y ^ I ；x+y ( I)中的至少一种构成至少一个薄膜子层；
[0018]所述至少一薄膜子层进行η型、ρ型掺杂或非掺杂；所述η型掺杂元素为S1、Sn、S、Se、Te中的至少一种；所述ρ型掺杂元素为Be、Mg、Zn、Cd、C中的至少一种。
[0019]进一步，所述隧道节包括至少两个隧道子层，砷化物AlxInyGa1TyAs (O ^ x, y ^ I ；x+y 彡 I)、磷化物 AlxInyGahiP (O ^ χ.Y ^ I ；x+y 彡 I)、磷砷化物AlJriyGah—yAShPz (O 彡 X，y, z 彡 I ;x+y 彡 I)和氮化物AlJnyGah-yN^ 彡 x, y 彡 I ；x+y ^ I)中的至少一种构成至少两个隧道子层。
[0020]进一步，所述至少两个隧道子层分别进行η型重掺杂和ρ型重掺杂；所述η型重掺杂元素为S1、Sn、S、Se、Te中的至少一种；ρ型重掺杂元素为Be、Mg、Zn、Cd、C中的至少一种。
[0021]进一步，所述衬底层为同质衬底或异质衬底；当衬底层为异质衬底时，衬底层和外延层之间还设有缓冲层，所述衬底层由蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、氮化铝、砷化镓、尖晶石、磷化铟、氮化硼、金刚石、氧化锌、二氧化硅、铝酸锂、镓酸锂、铌酸锂、硼化锆和硼化铪中的一种构成。
[0022]本发明所要解决的技术问题是，针对传统LED外延结构仅有一组基本结构单元的现状，提供一种将两组或两组以上的LED基本结构单元以隧道节(隧道二极管)的结构进行连接而形成统一的具有高光能密度输出的LED外延方法。
[0023]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种高光能密度输出的LED外延方法，具体包括以下步骤:
[0024]步骤1:判断衬底层是否为同质衬底，如果是，执行步骤3 ;否则，执行步骤2 ;
[0025]步骤2:在衬底层上表面生长缓冲层；
[0026]步骤3:在衬底层或缓冲层上表面生长一组LED基本单元；
[0027]步骤4:在LED基本单元上表面生长一个隧道节；
[0028]步骤5:在隧道节上生长一组LED基本单元；
[0029]步骤6:判断LED基本单元的数量是否达到预设值，如果是，执行步骤7 ;否则，执行步骤4 ；
[0030]步骤7:结束LED外延结构的生长。
[0031]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0032]进一步，所述步骤3具体包括以下步骤:
[0033]步骤3.1:在衬底层或缓冲层上表面生长η型层；
[0034]步骤3.2:在η型层上表面生长发光层；
[0035]步骤3.3:在发光层上表面生长ρ型层。
[0036]采用上述进一步方案的有益效果是，η型层、P型层分别提供载流子电子和空穴的注入，而发光层则是电子和空穴复合发光的场所。
[0037]进一步，所述隧道节包括依次设置在两个LED基本单元之间的至少两个隧道子层；并对至少两个隧道子层分别进行η型重掺杂和ρ型重掺杂。
[0038]进一步，所述步骤I至步骤5中的生长方法采用有机金属气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)、脉冲激光沉积(PLD)、射频磁控溅射(RF-MS)、分子束外延(MBE)中的至少一种制备方法实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1为本发明具体实施例1所述的一种高光能密度输出的LED外延结构截面示意图；
[0040]图2为本发明具体实施例2所述的一种高光能密度输出的LED外延结构截面示意图；
[0041]图3为本发明所述的一种高光能密度输出的LED外延方法流程图；
[0042]图4为本发明具体实施3所述的一种高光能密度输出的LED外延结构的截面示意图；
[0043]图5为本发明实施例3所述的LED外延结构中隧道节的具体结构截面示意图。
[0044]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0045]1、衬底层，2、缓冲层，3、η型层，4、发光层，5、ρ型层，6、隧道节，7、应力释放层，8、电子阻挡层，9、GaN层，10、ρ型重掺杂的GaN层。
【具体实施方式】
[0046]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0047]如图1所示，为本发明具体实施例1所述的一种高光能密度输出的LED外延结构截面示意图，包括依次设置的衬底层1、缓冲层2、一个隧道节6和两组LED基本结构单元；其中第一组LED基本结构单元分别由η型层3、p型层5和发光层4构成，发光层4位于η型层3与ρ型层5之间；第二组LED基本结构单元分别由η型层3、p型层5和发光层4构成，发光层4位于η型层3与ρ型层5之间。第一组LED基本结构单元和第二组LED基本结构单元之间通过隧道节6实现连接导通。在本实施例中，衬底材料相对外延层而言是异质衬底，因此，在η型层和衬底之间有缓冲层2。
[0048]在具体的外延生长过程，首先选择衬底晶圆，例如选择异质衬底1，然后生长缓冲层2，之后便开始陆续生长第一组LED基本结构单元的各层，依次是η型层3、发光层4和ρ型层5。然后，生长隧道节6。接着，陆续生长第二组LED基本结构单元的各层，依次是η型层3、发光层4和ρ型层5。如此，便完成了具备两组LED基本结构单元的新型LED器件结构。
[0049]在通常情况下，应注意调整外延工艺参数，使得第一组和第二组LED的发射波长保持一致或保持较小的波长差范围。
[0050]所述η型层包括至少一个η型子层，砷化物AlJnyGa^yAsi^OSx，y彡1 ;x+y彡1)、磷化物 AlJriyGah—yP (0 ^ x, y ^ 1 ；x+y ( 1)、磷砷化物 AlJriyGah—yAShPz (0 ^ x, y, z ^ 1 ；x+y ( 1)和氮化物AlJnyGah-yN^彡x, y彡1 ；x+y ( 1)中的至少一种构成至少一个η型子层；
[0051]所述每个η型子层分别进行η型掺杂；所述每个η型子层的η型掺杂的掺杂浓度相同或不同，η型掺杂元素为S1、Sn、S、Se和Te中的至少一种。
[0052]所述ρ型层包括至少一个ρ型子层，砷化物AlJnyGa^-yAs (0 ^ x, y ^ 1 ；x+y彡1)、磷化物AlJriyGahiPi^O彡x, y彡1 ；x+y彡1)、磷砷化物AlJriyGah—yAShPz (0 ^ x, y, z ^ 1 ；x+y ( 1)和氮化物 AlJriyGah—yN (0 彡 x, y 彡 1 ；x+y ( 1)中的至少一种构成至少一个P型子层；
[0053]所述每个ρ型子层分别进行ρ型掺杂；
[0054]所述每个ρ型子层的ρ型掺杂的掺杂浓度相同或不同；ρ型掺杂元素为Be、Mg、Zn、Cd和C中的至少一种。
[0055]所述发光层包括至少一个薄膜子层，砷化物AlJriyGah—yAs (0 ^ x, y ^ 1 ；x+y彡1)、磷化物AlJriyGahiPi^O彡x, y彡1 ；x+y彡1)、磷砷化物AlJriyGah—yAShPz (0 ^ x, y, z ^ 1 ；x+y ( 1)和氮化物 AlJriyGah—yN (0 彡 x, y 彡 1 ；x+y ( 1)中的至少一种构成至少一个薄膜子层；
[0056]所述至少一薄膜子层进行η型、ρ型掺杂或非掺杂；所述η型掺杂元素为S1、Sn、S、Se、Te中的至少一种；所述ρ型掺杂元素为Be、Mg、Zn、Cd、C中的至少一种。
[0057]所述隧道节包括至少两个隧道子层，砷化物AlJriyGah—yAs (0 ^ x, y ^ 1 ；x+y彡1)、磷化物AlJriyGahiPi^O彡x, y彡1 ；x+y彡1)、磷砷化物AlJriyGah—yAShPz (0 ^ x, y, z ^ 1 ；x+y ( 1)和氮化物 AlJriyGah—yN (0 彡 x, y 彡 1 ；x+y ( 1)中的至少一种构成至少两个隧道子层。
[0058]所述至少两个隧道子层分别进行η型重掺杂和ρ型重掺杂；所述η型重掺杂元素为S1、Sn、S、Se、Te中的至少一种；p型重掺杂元素为Be、Mg、Zn、Cd、C中的至少一种。
[0059]所述衬底层1由蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、氮化铝、砷化镓、尖晶石、磷化铟、氮化硼、金刚石、氧化锌、二氧化硅、铝酸锂、镓酸锂、铌酸锂、硼化锆和硼化铪中的一种构成。
[0060]如图2所示，为本发明具体实施例2所述的一种高光能密度输出的LED外延结构截面示意图；列举了 N组(若干组)LED基本结构单元通过N-1组隧道节相连接而进行磊叠的情形。该情形与图1中两组LED基本结构相连接的方式类似，只是基本结构单元的数量增加了。可以看到，在第N组LED结构单元中，包含了 η型层3、ρ型层5和发光层4构成，发光层4位于η型层3与ρ型层5之间。并且，第Ν-1组LED基本结构单元与第N组LED基本结构单元通过隧道节6连接导通。对于外延生长方法，其过程与两组LED基本结构单元的情况类似，需要逐一生长每个结构单元以及两个结构单元之间的隧道节。同时，通常要保证每个LED基本结构单元的发射波长相近或相同。
[0061 ] 对于衬底的材质，可以从蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、氮化铝、砷化镓、尖晶石、磷化铟、氮化硼、金刚石、氧化锌、二氧化硅、铝酸锂、镓酸锂、铌酸锂、硼化锆或硼化铪中选取一种。
[0062]对于η型层，其组成材料为砷化物AlJriyGah—yAs (0彡x, y彡1 ；x+y ( 1)、磷化物AlJriyGah-yP (0 彡 X，y ^ 1 ；x+y ^ 1)、磷砷化物 AlJriyGah-yAShPz (0 彡 x, y, z ^ 1 ；x+y ^ 1)和氮化物AlJnyGah—yr'KO彡x, y彡1 ；x+y ( 1)中的至少一种。并且，由一层或若干层不同组分的 AlJriyGah—yAs (0 彡 x, y 彡 1 ；x+y ( 1)或 AlJriyGah—yP (0 彡 x, y 彡 1 ；x+y ( 1)或 AlJriyGah-yAShPz (0 彡 x, y, z 彡 1 ；x+y 彡 1)或 AlJnyGah—yNi；。彡 x, y 彡 1 ；x+y 彡 1)(0 < x，y < 1 ;x+y < 1)构成。同时，每一子层均进行n型掺杂。η型层中的掺杂元素为
S1、Sn、S、Se、Te中的至少一种。
[0063]对于ρ型层，其组成材料为砷化物AlJriyGah—yAs (0彡x, y彡1 ；x+y ( 1)、磷化物AlJriyGah-yP (0 彡 X，y ^ 1 ；x+y ^ 1)、磷砷化物 AlJriyGah-yAShPz (0 彡 x, y, z ^ 1 ；x+y ^ 1)和氮化物AlJnyGah—yr'KO彡x, y彡1 ；x+y ( 1)中的至少一种。并且，由一层或若干层不同组分的 AlJriyGah—yAs (0 彡 x, y 彡 1 ；x+y ( 1)或 AlJriyGah—yP (0 彡 x, y 彡 1 ；x+y ( 1)或 AlJriyGah-yAShPz (0 彡 x, y, z 彡 1 ；x+y 彡 1)或 AlJnyGah—yNi；。彡 x, y 彡 1 ；x+y 彡 1)(0 < x，y < 1 ;x+y < 1)构成。同时，每一子层均进行p型掺杂。ρ型层中的掺杂元素为Be、Mg、Zn、Cd、C中的至少一种。
[0064]对于发光层，其组成材料为砷化物AlJriyGah—yAs (0彡x, y彡1 ；x+y ( 1)、磷化物 AlJriyGah—yP(0 彡 x, y 彡 1 ；x+y ( 1)、磷砷化物 AlJriyGah-yAShPz(0 ^ x, y, z ^ 1 ；x+y彡1)、氮化物AlJnyGa^yNi^O彡x, y彡1 ;x+y彡1)中的至少一种。并且，由一层或若干层不同组分的 AlJriyGah—yAs (0 彡 x, y 彡 1 ；x+y 彡 1)或 AlJriyGah—yP (0 ^ x, y ^ 1 ；x+y 彡 1)或 AlJriyGah-yAShPjO 彡 x, y, z 彡 1 ；x+y 彡 1)或 AlJnyGah—yNi；。^ x, y ^ 1 ；x+y 彡 1) (0 彡 x, y 彡 1 ；x+y ( 1)构成。
[0065]此外，发光层中的至少一层薄膜子层可进行η型或ρ型掺杂或非掺杂。其中，η型掺杂元素为S1、Sn、S、Se、Te中的至少一种；p型掺杂元素为Be、Mg、Zn、Cd、C中的至少一种。
[0066]对于隧道节，其特征在于，组成材料为砷化物AlJnyGakyAs (0 ^ x, y ^ 1 ；x+y彡1)、磷化物AlJriyGahiPi^O彡x, y彡1 ；x+y彡1)、磷砷化物AlJriyGah-yAShPz (0 彡 x, y, z 彡 1 ；x+y ( 1)、氮化物 AlJnyGah—yNi；。彡 x, y 彡 1 ；x+y ( 1)中的至少一种，且由两层相同组分或两层以上不同组分的AlJnyGah—yAs (0 ^ x, y ^ 1 ；x+y 彡 1)或 AlJriyGah-yPi；。彡 x, y 彡 1 ；x+y 彡 1)或 AlJriyGah-yAShPz (0 ^ x, y, z ^ 1 ；x+y 彡 1)或 AlJriyGah—yN (0 彡 x, y 彡 1 ；x+y 彡 1) (0 彡 x, y 彡 1 ；x+y ( 1)构成。
[0067]除此之外，隧道节的特征还在于，隧道节中的至少两层薄膜子层分别进行η型重掺杂和Ρ型重掺杂。其中，η型掺杂元素为S1、Sn、S、Se、Te中的至少一种；p型掺杂元素为Be、Mg、Zn、Cd、C中的至少一种。
[0068]如图3所示，为本发明所述的一种高光能密度输出的LED外延方法，具体包括以下步骤:
[0069]步骤1:判断衬底是否为同质衬底，如果是，执行步骤3 ;否则，执行步骤2 ;
[0070]步骤2:在衬底层上表面生长缓冲层；
[0071]步骤3:在衬底或缓冲层上表面生长η型层；
[0072]步骤4:在η型层上表面生长发光层；
[0073]步骤5:在发光层上表面生长ρ型层。
[0074]步骤6:在LED基本单元上表面生长一个隧道节；
[0075]步骤7:在隧道节上生长一组LED基本单元；
[0076]步骤8:判断LED基本单元的数量是否达到预设值，如果是，执行步骤8 ;否则，执行步骤5 ；
[0077]步骤9:结束LED外延结构的生长。
[0078]所述隧道节包括依次设置在两个LED基本单元之间的至少两个隧道子层；并对至少两个隧道子层分别进行η型重掺杂和ρ型重掺杂。
[0079]所述步骤1至步骤7中的生长方法采用有机金属气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)、脉冲激光沉积(PLD)、射频磁控溅射(RF-MS)、分子束外延(ΜΒΕ)中的至少一种制备方法实现。
[0080]如图4所示，为本发明具体实施3所述的一种高光能密度输出的LED外延结构的截面示意图；本实施例选择在Sic衬底上进行氮化物蓝光LED外延结构，说明本发明所述高光能密度输出的LED器件结构和制作方法。
[0081]高光能密度输出的LED外延结构，从衬底开始从下到上，依次出现的膜层结构包括:在SiC衬底1上有一层AlGaN/GaN复合缓冲层2，紧接着是一层非故意掺杂的GaN薄膜层9。从GaN薄膜层9开始，将会生长两组LED基本结构单元。其中，第一组LED基本结构单元的膜层结构包括m型GaN层3、应力释放层7、发光层4、电子阻挡层8、ρ型GaN层5 ;第二组LED基本结构单元在第一组基本结构单元的上方，膜层结构与第一组相似，包括以下膜层:n型GaN层3、应力释放层7、发光层4、电子阻挡层8、p型GaN层5。在ρ型GaN层5的上方还有一层ρ型重掺杂的GaN层10，该层是为了后期进行芯片加工时形成金属电极的欧姆接触。两组LED基本结构单元之间为隧道节6，且该隧道节的具体结构如图5所示，即在P型重掺杂GaN与η型重掺杂GaN之间插入一层InQ.2GaQ.8N。
[0082]按照图4所示LED外延器件结构示意图，在MOCVD机台上进行外延生长的具体方法为:首先，在SiC衬底1上生长一层厚度为400nm的AlGaN/GaN复合缓冲层2，生长温度控制在大约1000°C。然后，生长一层2 μπι厚的非掺杂GaN层9。接着，开始生长第一组LED基本结构单元:先生长一层2 μ m厚的η型GaN层3，掺杂元素为Si，且掺杂浓度为1.0 X 1019。接下来，生长一组In^Ga^N/GaN超晶格组成的应力释放层7，其中，Ιηα(ι46&α96Ν和GaN的单层厚度均为5nm，总厚度为200nm。此后，生长Ina 15Gaa85N/GaN多量子阱发光层4，其中，Inai5Gaa85N和GaN的单层厚度分别为3nm和10nm，多量子阱的周期数为4。紧接着，生长一层150nm的AlQ.14GaQ.86N电子阻挡层8。再生长一层0.2 μπι厚的ρ型GaN层5，ρ型掺杂元素为Mg，且掺杂浓度为1.0X102°。如此，便完成了第一组LED基本结构单元的生长。
[0083]然后，生长隧道节6。具体地，如图5所示，隧道节包括3个子层:先生长一层10nm厚的P型重掺杂p++_GaN层，且掺杂浓度为5.0X 102°;再生长一层3nm后的非掺杂In 0.2Ga0.8N层；最后生长一层10nm厚的η型重掺杂n++_GaN层，且掺杂浓度为2.0X102°。
[0084]此后，按照与第一组LED基本结构单元相同的参数条件和方法进行第二组LED基本结构单元的外延生长，但是，其中也有参数条件不同的地方:需要调整发光层4的工艺条件使得其发射波长与发光层4的发射波长相等或近似相等。最后，在第二组LED基本结构单元上生长一层10nm厚的ρ型Mg重掺杂浓度为3.0X 102°的GaN层10。
[0085]为避免对众多结构参数、工艺条件作冗余描述，本实施例仅对其中部分变化因素进行了举例。通过对其它结构或工艺变化因素的调整亦能达到类似的效果，在此不作一一列举。
[0086]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高光能密度输出的LED外延结构，其特征在于，包括依次设置的衬底层和外延层；所述外延层包括至少两组LED基本单元和至少一个隧道节； 所述每两组LED基本单元之间通过一个隧道节连接。
2.根据权利要求1所述的一种高光能密度输出的LED外延结构，其特征在于，所述LED基本单元包括依次设置的η型层、发光层和P型层。
3.根据权利要求2所述的一种高光能密度输出的LED外延结构，其特征在于，所述η型层包括至少一个η型子层，砷化物AlxInyGa1IyAs (O彡x, y彡I ；x+y ( I)、磷化物AlxInyGa1HP (O ^ x, y ^ I ；x+y ( I)、磷砷化物 AlJriyGah-yASh Pz(0 ^ x, y, z ^ I ；x+y ( I)和氮化物AlxInyGa1IyN (0 ^ x, y ^ I ；x+y ( I)中的至少一种构成至少一个η型子层； 所述每个η型子层分别进行η型掺杂； 所述每个η型子层的η型掺杂的掺杂浓度相同或不同，η型掺杂元素为S1、Sn、S、Se和Te中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的一种高光能密度输出的LED外延结构，其特征在于，所述P型层包括至少一个P型子层，砷化物AlxInyGa1IyAs (O ^ x, y ^ I ；x+y ( I)、磷化物 AlJriyGah-yP^ ^ x, y ^ I ；x+y ( I)、磷砷化物 AlJriyGah—yASh Pz(O ^ x, y, z ^ I ；x+y ( D、氮化物AlxInyGa1TyN (0 ^ x, y ^ I ；x+y ( I)中的至少一种构成至少一个p型子层； 所述每个P型子层分别进行P型掺杂； 所述每个P型子层的P型掺杂的掺杂浓度相同或不同；p型掺杂元素为Be、Mg、Zn、Cd和C中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的一种高光能密度输出的LED外延结构，其特征在于，所述发光层包括至少一个薄膜子层，砷化物AlxInyGa1TyAs (O ^ x, y ^ I ；x+y ( I)、磷化物AlxInyGa1^yP (O ^ x, y ^ I ；x+y ( I)、磷砷化物 AlJriyGah-yASh Pz (O ^ x, y, z ^ I ；x+y ( D和氮化物AlxInyGa1IyN (O ^ x, y ^ I ；x+y ( I)中的至少一种构成至少一个薄膜子层； 所述至少一薄膜子层进行η型、P型掺杂或非掺杂； 所述η型掺杂元素为S1、Sn、S、Se、Te中的至少一种；所述ρ型掺杂元素为Be、Mg、Zn、CcUC中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高光能密度输出的LED外延结构，其特征在于，所述隧道节包括至少两个隧道子层，砷化物AlxInyGa1TyAs (O彡x, y彡I ；x+y ( I)、磷化物 AlxInyGa1HP (O ^ χ.Y ^ 1 ；x+y ( I)、磷砷化物 AlJriyGah—yASh Pz (O ^ x, y, z ^ I ；x+y ( D和氮化物AlxInyGa1IyN (O ^ x, y ^ I ；x+y ( I)中的至少一种构成至少两个隧道子层。
7.根据权利要求6所述的一种高光能密度输出的LED外延结构，其特征在于，所述至少两个隧道子层分别进行η型重掺杂和ρ型重掺杂；所述η型重掺杂元素为S 1、Sn、S、Se、Te中的至少一种；p型重掺杂元素为Be、Mg、Zn、Cd、C中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的一种高光能密度输出的LED外延结构，其特征在于，所述衬底层为同质衬底或异质衬底；当衬底层为异质衬底时，衬底层和外延层之间还设有缓冲层。
9.一种高光能密度输出的LED外延方法，其特征在于，具体包括以下步骤: 步骤1:判断衬底层是否为同质衬底，如果是，执行步骤3 ;否则，执行步骤2 ; 步骤2:在衬底层上表面生长缓冲层； 步骤:3:在衬底层或缓冲层上表面生长一组LED基本单元； 步骤4:在LED基本单元上表面生长一个隧道节； 步骤5:在隧道节上生长一组LED基本单元； 步骤6:判断LED基本单元的数量是否达到预设值，如果是，执行步骤7 ;否则，执行步骤4; 步骤7:结束LED外延结构的生长。
10.根据权利要求9所述的一种高光能密度输出的LED外延方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤: 步骤3.1:在衬底层或缓冲层上表面生长η型层； 步骤3.2:在η型层上表面生长发光层； 步骤3.3:在发光层上表面生长ρ型层。
【文档编号】H01L33/06GK104465912SQ201410638182
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】马亮, 裴晓将, 李金权, 刘素娟, 胡兵 申请人:江苏鑫博电子科技有限公司