一种可提高抗静电能力的蓝光LED外延结构的制作方法

本发明涉及发光二极管外延技术领域，特别是可提高抗静电能力的蓝光LED外延结构。

背景技术：

目前，随着LED行业快速的发展,人们对亮度的需求越来越高，很多专家学者，不断的提出有助于提高亮度的新材料和新结构。其中，蓝光LED中的N型GaN层是十分重要的一层。

现有技术中，蓝光LED外延结构包括蓝宝石衬底1、缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、有源区5、电子阻挡层6和P型GaN层7，如图1所示。但是上述结构中的N型GaN层4存在以下几个主要缺点：首先，N型GaN层的电阻相对较高，使其电压相对较高，抗静电能力减弱，影响其整体的散热，减少其使用寿命；其次，由于电子的有效质量比较轻，大量的电子集聚，影响其电流扩展，直接关系整个外延结构的晶体质量的好坏。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺点，本发明的目的是提供一种可提高抗静电能力的蓝光LED外延结构。它不但能够提高抗静电能力，还可以有效提高电流扩展，从而提升LED的亮度。

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：

一种可提高抗静电能力的蓝光LED外延结构，它从下至上依次包括蓝宝石衬底、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N型GaN层包括非掺杂型GaN层和掺杂Si元素的掺杂型GaN层。所述非掺杂型GaN层与掺杂型GaN层交替生长，或者掺杂型GaN层与非掺杂型GaN层交替生长，交替生长周期为2-40个周期。

在上述蓝光LED外延结构中，所述N型GaN层中交替生长的掺杂型GaN层Si元素的浓度自上至下为逐渐减小、逐渐增大或者保持不变其中的任意一种。

在上述蓝光LED外延结构中，所述非掺杂型GaN层的厚度为20-200nm，生长U型GaN；所述掺杂型GaN层的厚度为20-200nm，生长N型GaN，Si元素的掺杂浓度为1x10¹⁵ cm³ ~1x10¹⁹cm³。

在上述蓝光LED外延结构中，所述N型GaN层的生长温度为800-1500℃，生长压力为100-500torr，N型GaN层在氮气、氢气或者氢氮混合气环境中的生长。

在上述蓝光LED外延结构中，所述缓冲层为GaN、AlN或者AlGaN。

本发明由于采用了上述结构，将N型GaN层分为两部分。第一部分为掺杂型GaN层部分，由于掺杂Si元素会产生较多的缺陷，可使GaN层的电阻值下降，使电压降低，从而提高抗静电能力。第二部分为非掺杂型GaN层部分，可将N型GaN产生的缺陷覆盖住，以提高蓝光LED的晶体质量。同现有技术相比，本发明通过此种生长结构，既可以提高掺杂Si元素浓度，又可以保证晶体质量。从而，在一定程度上降低LED的开启电压，改善电流扩展效果，使MQW区域形成一些有助于发光的缺陷，最终提高复合效率。

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是现有技术中LED外延结构示意图；

图2是本发明实施例中一种LED外延结构示意图；

图3是本发明实施例中另一种LED外延结构示意图。

具体实施方式

参看图2和图3，本发明可提高抗静电能力的蓝光LED外延结构从下至上依次包括蓝宝石衬底1、采用GaN、AlN或者AlGaN的缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、有源区5、电子阻挡层6和P型GaN层7。N型GaN层4包括非掺杂型GaN层8和掺杂Si元素的掺杂型GaN层9。非掺杂型GaN层8与掺杂型GaN层9交替生长，或者掺杂型GaN层9与非掺杂型GaN层8交替生长，交替生长周期为2-40个周期。N型GaN层4中交替生长的掺杂型GaN层9Si元素的浓度自上至下为逐渐减小、逐渐增大或者保持不变其中的任意一种。非掺杂型GaN层8的厚度为20-200nm，生长U型GaN；掺杂型GaN层9的厚度为20-200nm，生长N型GaN，Si元素的掺杂浓度为1x10¹⁵ cm³ ~1x10¹⁹cm³。N型GaN层4的生长温度为800-1500℃，生长压力为100-500torr，N型GaN层4在氮气、氢气或者氢氮混合气环境中的生长。

本发明中N型GaN层4的具体生长可以采用以下几种实施方式：

实施例一：

生长N型GaN层4，温度为1100℃，生长压力为250torr，在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长25个周期。其中的一个周期是：非掺杂型GaN层8的厚度为60nm；再生长掺杂型N-GaN层9生长厚度为60nm，生长N型，掺杂元素为Si，掺杂浓度为1x10¹⁷ cm³ 。其中25个周期中掺杂型N-GaN中Si元素掺杂浓度恒定。

实施例二：

生长N型GaN层4，温度为800℃，生长压力为500torr，在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长25个周期。其中的一个周期是：非掺杂型GaN层8的厚度为60nm；再生长掺杂型N-GaN层9生长厚度为60nm，生长N型，掺杂元素为Si，掺杂浓度为1x10¹⁷ cm³ 。其中25个周期中掺杂型N-GaN中Si元素掺杂浓度恒定。

实施例三：

生长N型GaN层4，温度为1500℃，生长压力为100torr，在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长25个周期。其中的一个周期是：非掺杂型GaN层8的厚度为60nm；再生长掺杂型N-GaN层9生长厚度为60nm，生长N型，掺杂元素为Si，掺杂浓度为1x10¹⁷ cm³ 。其中25个周期中掺杂型N-GaN中Si元素掺杂浓度恒定。

实施例四：

生长N型GaN层4，温度为1100℃，生长压力为250torr，在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长20个周期。其中的一个周期是：掺杂型N-GaN层9生长厚度为65nm，生长N型，掺杂元素为Si，掺杂浓度为1x10¹⁷ cm³；再生长非掺杂型GaN层8的厚度为65nm。其中20个周期掺杂型N-GaN中Si元素掺杂浓度恒定。

实施例五：

生长N型GaN层4，温度为1100℃，生长压力为250torr，在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长40个周期。其中的一个周期是：掺杂型N-GaN层9生长厚度为30nm，生长N型，掺杂元素为Si，掺杂浓度为1x10¹⁷ cm³；再生长非掺杂型GaN层8的厚度为30nm。其中20个周期掺杂型N-GaN中Si元素掺杂浓度恒定。

实施例六：

生长N型GaN层4，温度为1100℃，生长压力为250torr，在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长8个周期。其中的一个周期是：掺杂型N-GaN层9生长厚度为150nm，生长N型，掺杂元素为Si，掺杂浓度为1x10¹⁷ cm³；再生长非掺杂型GaN层8的厚度为150nm。其中20个周期掺杂型N-GaN中Si元素掺杂浓度恒定。

实施例七：

生长N型GaN层4，温度为1100℃，生长压力为250torr，在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长20个周期。其中的一个周期是：掺杂型N-GaN层9生长厚度为65nm，生长N型，掺杂元素为Si，掺杂浓度为1x10¹⁵ cm³；再生长非掺杂型GaN层8的厚度为65nm。其中20个周期掺杂型N-GaN中Si元素掺杂浓度恒定。

实施例八：

生长N型GaN层4，温度为1100℃，生长压力为250torr，在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长20个周期。其中的一个周期是：掺杂型N-GaN层9生长厚度为65nm，生长N型，掺杂元素为Si，掺杂浓度为1x10¹⁹ cm³；再生长非掺杂型GaN层8的厚度为65nm。其中20个周期掺杂型N-GaN中Si元素掺杂浓度恒定。

实施例九：

生长N型GaN层4，温度为1100℃，生长压力为250torr，在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长20个周期。其中的一个周期是：非掺杂型GaN层8的厚度为65nm；再生长掺杂型N-GaN层9生长厚度为65nm，生长N型，掺杂元素为Si。另外20个周期分为4个大周期，4个大周期中的掺杂型N-GaN的Si元素掺杂浓度由下往上逐渐递增，分别为1x10¹⁶ cm³、5x10¹⁶ cm³、1x10¹⁷ cm³和5x10¹⁷ cm³。

实施例十：

生长N型GaN层4，温度为1100℃，生长压力为250torr，在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长20个周期。其中的一个周期是：非掺杂型GaN层8的厚度为65nm；再生长掺杂型N-GaN层9生长厚度为65nm，生长N型，掺杂元素为Si。另外20个周期分为4个大周期，4个大周期中的掺杂型N-GaN的Si元素掺杂浓度由下往上逐渐递减，分别为5x10¹⁷ cm³、1x10¹⁷ cm³、5x10¹⁶ cm³和1x10¹⁶ cm³。

以上所述，仅为本发明具体实施例的列举，并不限于本发明的其它实施方式，凡属本发明的技术路线原则之内，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。