一种高复合效率的LED外延结构的制作方法

本发明涉及发光二极管技术领域，特别是高复合效率的带复合垒层LED外延结构。

背景技术：

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。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的不足，本发明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。

为了达到上述发明目的，本发明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。

本发明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发明做进一步说明。

附图说明

图1为现有技术中LED外延结构示意图；

图2为本发明LED外延结构示意图；

图3为本发明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，本发明高复合效率的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。

本发明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，仅为本发明的具体实施例，并不限于本发明的其它实施方式，凡属本发明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，均应属于本发明的保护范围之内。