一種氮化鎵發(fā)光二極管的外延結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體技術領域，具體為一種氮化鎵發(fā)光二極管的外延結構。
【背景技術】
[0002]LED，即半導體發(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，現(xiàn)已廣泛應用。氮化鎵發(fā)光二極管是其中的典型代表，包括外延結構和設于外延結構上的電極?，F(xiàn)有的氮化鎵發(fā)光二極管的外延結構包括襯底、以及依次生長在襯底上的N型層、多個量子阱層及P型層，
[0003]半導體發(fā)光二極管是利用外延結構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)內進行輻射復合來發(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，導致電子大量越過有源區(qū)進入P型摻雜區(qū)與空穴復合，影響發(fā)光效率。
[0004]不少外延結構的設計在有源區(qū)之前增加電流擴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。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是設計一種氮化鎵發(fā)光二極管的外延結構，在多個量子阱層之間增加緩沖插入層，電流密度從20mA增加至350mA時，發(fā)光效率持續(xù)增加，不會因為電流密度的增大而減小。
[0006]本實用新型設計的一種氮化鎵發(fā)光二極管的外延結構，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、多個周期的量子阱結構及P型氮化鎵攙雜層，所述量子阱結構每個周期包括一個氮化鎵皇層和一個非摻雜的氮化銦鎵阱層，在所述多個周期的量子阱結構中間插入緩沖插入層；N個周期的下量子阱結構之上為M個周期的緩沖插入層，緩沖插入層之上為η個周期的上量子阱結構。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周期包括一個P型氮化鎵攙雜層、一個P型氮化銦鎵攙雜層和一個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周期的P型氮化鎵攙雜層相同，各個周期的P型氮化銦鎵攙雜層相同，各個周期的N型氮化鎵攙雜層相同。
[0015]所述下量子講結構和上量子講結構的一個氮化鎵皇層厚度為10?12nm，一個氮化銦鎵阱層厚度為2?3nm。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型一種氮化鎵發(fā)光二極管的外延結構的優(yōu)點為:1、量子阱結構分為下量子阱結構和上量子阱結構，之間插入緩沖插入層，防止電子越過有源區(qū)進入P型摻雜區(qū)與空穴復合，大大提高了發(fā)光效率，以無緩沖插入層、但其它層的結構相同的外延結構制作的發(fā)光二極管為對比例，在相同電壓條件下，當電流密度從20mA增加至350mA過程中，本實用新型外延結構制作的發(fā)光二極管發(fā)光效率持續(xù)增加，在電流密度達350mA，發(fā)光效率仍無衰減；2、多個周期多層結構的緩沖插入層厚度均勻，對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)有半導體薄膜生長設備即可實現(xiàn)本外延結構的制備，易于推廣應用。
【附圖說明】
[0017]圖1為本氮化鎵發(fā)光二極管的外延結構實施例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)光二極管的外延結構實施例1及對比例外延結構制作成350 μ mX 350 μ m的發(fā)光二極管芯片，工作電壓為3.12V，當電流密度為20mA增至350mA時，發(fā)光效率的變化曲線。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
[0022]本氮化鎵發(fā)光二極管的外延結構實施例1如圖1所示，包括藍寶石襯底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個周期的下量子阱結構5、2個周期的緩沖插入層6、4個周期的上量子阱結構7及P型氮化鎵攙雜層8。
[0023]本例的下量子阱結構5如圖2所示，為5個周期，每個周期包括一個氮化鎵皇層51和一個氮化銦鎵阱層52。上量子阱結構7每個周期與下量子阱結構5的每個周期相同。
[0024]本例的緩沖插入層6如圖3所示，為2個周期，每個周期的緩沖插入層包括一個P型氮化鎵攙雜層61、一個P型氮化銦鎵攙雜層62和一個N型氮化鎵攙雜層63。2個周期對應的層厚度和攙雜情況相同。
[0025]本例緩沖插入層6的一個周期中，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個周期的緩沖插入層6總厚度為105nm。
[0028]實施例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與實施例1相同。
[0030]本例的下量子阱結構5為4個周期，每個周期包括一個氮化鎵皇層51和一個氮化銦鎵阱層52，上量子阱結構7為I個周期，與下量子阱結構的一個周期相同。
[0031]本例的緩沖插入層6為I個周期，包括一個P型氮化鎵攙雜層61、一個P型氮化銦鎵攙雜層62和一個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N型氮化鎵攙雜層63，厚度為70nm，攙入硅Si，攙雜濃度為 1X