发光二极管的制作方法

本发明涉及半导体器件，尤其是涉及一种发光二极管。

背景技术：

1、发光二极管(light emitting diode，简称为led)，通过电子与空穴复合释放能量发光，可高效地将电能转化为光能，是一种发光器件，在照明、显示器等领域应用广泛。外延片作为led的核心部分，受到诸多的关注和研究。目前常用的外延片的结构包括：衬底、n型半导体层、应力释放层、多量子阱层和p型半导体层。

2、当作用于正装结构led芯片时，由于pn电极在led同一侧，容易出现拥挤现象；较差的扩展会导致芯片的正向电压较高，进而导致芯片发热量较大，寿命短，能耗高。因而，解决led外延片正向电压高，扩展能力较差的问题具有重要意义。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供发光二极管外延结构，以解决现有技术中存在的led外延片正向电压高、扩展能力较差等技术问题。

2、本发明的另一目的在于提供发光二极管。

3、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

4、发光二极管外延结构，包括：

5、衬底，以及依次设置于所述衬底上的n型半导体层、中间层、多量子阱层和p型半导体层；

6、其中，所述中间层中掺杂有n型杂质，所述n型杂质的平均掺杂浓度≤4×1018atoms/cm3。

7、本发明的发光二极管外延结构，通过在多量子阱层前设置优化的中间层，使电流分布更加均匀，能够缓解电流拥堵现象，提高发光效率。

8、在本发明的具体实施方式中，所述n型杂质为si，所述中间层为掺杂有si的gan层。

9、在本发明的具体实施方式中，所述中间层包括：

10、第一扩展层，位于所述n型半导体层上方；

11、第二扩展层，位于所述第一扩展层上方；

12、第三扩展层，位于所述第二扩展层和所述多量子阱层之间；

13、所述n型杂质在所述第一扩展层、第二扩展层、第三扩展层中的平均掺杂浓度x、y、z满足：y＞z＞x。

14、在本发明的具体实施方式中，所述第一扩展层中，n型杂质的平均掺杂浓度＜3×1018atoms/cm3；和/或，所述第一扩展层的厚度为100～300nm。

15、在本发明的而具体实施方式中，所述第二扩展层中，n型杂质的掺杂浓度最大值为2×1018～4×1018atoms/cm3；和/或，所述第二扩展层的厚度为50～200nm。

16、在本发明的具体实施方式中，所述第三扩展层中，n型杂质的平均掺杂浓度＜3×1018atoms/cm3；和/或，所述第三扩展层的厚度为100～300nm。

17、在本发明的具体实施方式中，所述第一扩展层、所述第二扩展层、所述第三扩展层的厚度h1、h2、h3满足：h1≥h3＞h2。

18、在本发明的具体实施方式中，所述第二扩展层包括至少一个插入层，所述插入层中的n型杂质的平均掺杂浓度小于所述第二扩展层中的n型杂质的平均掺杂浓度。

19、在本发明的具体实施方式中，定义从所述第一扩展层到所述第三扩展层的方向为第一方向；所述第二扩展层中沿所述第一方向上，所述n型杂质的掺杂浓度具有波动，n型杂质的浓度值的波动包括至少一个波谷；所述波谷对应于所述插入层中的n型杂质的浓度值。

20、在本发明的具体实施方式中，所述第二扩展层包括至少两个扩展子层、以及设置于相邻两个所述扩展子层中间的插入层；所述插入层中的n型杂质的平均掺杂浓度小于所述扩展子层的n型杂质的平均掺杂浓度。

21、在本发明的具体实施方式中，所述n型杂质的浓度值的波动包括至少一个波谷和至少两个波峰；所述波谷对应于所述插入层中的n型杂质的浓度值，所述波峰对应于所述扩展子层中的n型杂质的浓度值。

22、在本发明的具体实施方式中，所述波峰对应的浓度值为2×1018～4×1018atoms/cm3，所述波谷对应的浓度值为7×1017～1×1018atoms/cm3。

23、在本发明的具体实施方式中，靠近所述第一扩展层的所述扩展子层的厚度大于或等于远离所述第一扩展层的所述扩展子层的厚度。

24、在本发明的具体实施方式中，所述插入层和所述扩展子层的厚度差≤10nm。

25、在本发明的具体实施方式中，所述第一扩展层中的n型杂质为均匀掺杂，所述第三扩展层中的n型杂质为均匀掺杂。

26、在本发明的具体实施方式中，所述第三扩展层中还掺杂有in。所述第三扩展层中的in的浓度小于所述多量子阱层中的in的浓度。

27、在本发明的具体实施方式中，所述多量子阱层包括至少一个势阱/势垒对子层；所述插入层的中心与最接近的所述势阱的中心的距离d1满足：100nm≤d1≤300nm。

28、在本发明的具体实施方式中，所述多量子阱层包括由下至上依次设置的第一多量子阱层、第二多量子阱层和第三多量子阱层；

29、所述第一多量子阱层包括至少一个第一含in势阱/势垒对子层；

30、所述第二多量子阱层包括至少一个第二含in势阱/势垒对子层；

31、所述第三多量子阱层包括至少一个第三含in势阱/势垒对子层；

32、其中，所述多量子阱层中的in含量满足：第三含in势阱中in含量＞第二含in势阱中in含量＞第一含in势阱中in含量。

33、在本发明的具体实施方式中，所述多量子阱层的厚度为100～150nm。

34、在本发明的具体实施方式中，所述势阱/势垒对子层的厚度为10～15nm；所述势阱/势垒对子层为ingan/gan。

35、在本发明的具体实施方式中，所述p型半导体层为掺杂有mg的p型gan层。其中，mg的平均掺杂浓度为1×1019～1×1021atoms/cm3。

36、在本发明的具体实施方式中，所述发光二极管外延结构还包括设置于所述衬底和所述n型半导体层之间的缓冲层。

37、在本发明的具体实施方式中，所述n型半导体层包括非掺杂gan层和掺杂si的n型gan层；所述非掺杂gan层的厚度为1.5～2.5μm；所述掺杂si的n型gan层的厚度为1.5～2.5μm。

38、在本发明的具体实施方式中，所述掺杂si的n型gan层中，si的掺杂浓度为1×1019～1×1020atoms/cm3，如3×1019atoms/cm3。

39、在本发明的具体实施方式中，所述发光二极管外延结构还包括设置于所述多量子阱层和所述p型半导体层之间的电子阻挡层。

40、在本发明的具体实施方式中，所述中间层中还掺杂有碳杂质。

41、在本发明的具体实施方式中，所述中间层中，碳杂质的最大掺杂浓度≤5×1017atoms/cm3。进一步的，所述中间层中，碳杂质的最大掺杂浓度为3×1016～3×1017atoms/cm3。

42、在本发明的具体实施方式中，所述碳杂质在所述第一扩展层、第二扩展层、第三扩展层中的平均掺杂浓度m、n、r满足：n≥r＞m。

43、在本发明的具体实施方式中，所述第一扩展层中碳杂质的掺杂浓度与所述n型半导体层中碳杂质的浓度差≤4×1016atoms/cm3；所述第一扩展层中碳杂质的掺杂浓度大于所述多量子阱层中碳杂质浓度。

44、在本发明的具体实施方式中，所述第二扩展层与所述第三扩展层中碳杂质的掺杂浓度最大值不高于所述n型半导体层中的最大碳杂质浓度的三倍。

45、在本发明的具体实施方式中，所述第二扩展层与所述第三扩展层中碳杂质的掺杂浓度最大值不高于所述多量子阱层中的最大碳杂质浓度的六倍。

46、本发明还提供了一种发光二极管，包括上述任意一种所述发光二极管外延结构。

47、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

48、(1)本发明的发光二极管外延结构，通过在多量子阱层前设置优化的中间层，使电流分布更加均匀，能够缓解电流拥堵现象，提高发光效率；

49、(2)本发明通过对n型杂质的掺杂浓度进行调控，避免杂质掺杂浓度过高导致的晶体质量下降，同时避免杂质掺杂浓度过低，电阻增大，增加工作电压，导致的光效降低；本发明的中间层结构的设置，既降低了发光二极管的正向电压，又能有效扩展，提高光效，还能保证晶体质量；

50、(3)本发明通过调控中间层中碳杂质的含量，较低的碳掺杂浓度，减少了缺陷，生长质量相比明显提升，同时电子传输性能增强；较低的si掺杂浓度和低掺杂的gan薄层进一步减少了缺陷，同时强化了电流扩展的作用。