[实用新型]一种LED外延结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种能降低LED正向压降、提高发光效率和使用寿命的外延结构。

背景技术

氮化镓（GaN）基发光二级管（Light-Emitting Diode，LED）具有寿命长、功耗低、无污染等优点，可以应用在显示、照明等诸多领域。虽然GaN基LED已经产业化，但现有的LED外延结构及其制备方法使得LED芯片正向压降高、光效低的问题一直未能得到很好的解决。

中国专利CN103187497A公开了一种提高大尺寸芯片光效的外延结构及其生长方法，具体为：在PSS（Patterned Sapphire Substrate，译为：图形化的蓝宝石衬底）上生长GaN缓冲层；在该GaN缓冲层上生长UGaN层；在所述U型GaN层上生长掺杂Si的N型GaN层；交替生长形成掺杂Si和Al的第一NAlGaN层和不掺杂Si的第一UGaN层，交替生长38-40个周期；接着交替生长形成掺杂Si和Al的第二NAlGaN层和不掺杂Si的第二UGaN层，交替生长25-26个周期；接着交替生长形成掺杂Si和Al的第三NAlGaN层和不掺杂Si的第三NGaN层，交替生长15-16个周期；周期性生长有源层MQW和PGaN层。该专利通过改变N型GaN层中Si的掺杂方式，即在N型GaN中周期性的掺杂或不掺杂Si，掺杂Si的GaN具有低电阻值，不掺杂Si的GaN具有高电阻值，高低电阻值交错的N型GaN在电流输送过程中使得电子横向扩展能力加强。解决了同一阻值N型GaN层中，电子选择最短路径传输，使得最短路径上电流拥挤，而流经量子阱的电流比较少，造成芯片正向压降偏高的问题，而且使得量子阱电流均匀化，提高了亮度和光效。

中国专利CN103187497A中公开的外延结构可以解决现有技术中的外延结构使得芯片的驱动电压较高，注入电子与空穴耦合发光效率变低导致亮度偏低的问题。但是，这种结构中N型GaN层的生长时间较长，而且会消耗大量的作为源材料的三甲基铝，工艺复杂、制备成本高。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的是现有技术中GaN基外延结构工艺复杂、制备成本高的问题，提供一种工艺简单、制备成本低而且能有效降低正向压降的LED外延结构。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型所述的一种LED外延结构，包括在依次叠加设置的衬底、缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层，

N型GaN层包括第一N型层、第二N型层和第三N型层，各层均进一步包括交替设置的掺杂Si的GaN层和不掺杂的GaN层；

所述第一N型层厚度为900～1000nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为2:1，Si的掺杂浓度为7～8×10¹⁸/cm³，交替周期为15～20；

所述第二N型层厚度为1300～1400nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为3:1，Si的掺杂浓度为9～10×10¹⁸/cm³，交替周期为20～30；

所述第三N型层厚度为200～300nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为1:1，Si的掺杂浓度为5～6×10¹⁸/cm³，交替周期为10～15；

所述第一N型层靠近所述缓冲层设置；

所述多量子阱层与所述P型GaN层之间还直接设置有U型超晶格层；

所述P型GaN层包括依次设置的Mg掺杂GaN层、Mg掺杂AlInGaN层、Mg掺杂GaN层。

所述第一N型层中所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为2:1，所述第二N型层中所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为3:1，所述第三N型层中所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为1:1。

所述U型超晶格层为交替设置的Al_xGa_1-xN和GaN层，交替周期为4～8，单周期厚度为2～4nm，x=0.10～0.15。

所述多量子阱层包括交替设置的In_xGa_1-xN层/GaN层，In_xGa_1-xN层的厚度为2～3nm，GaN层的厚度为8～10nm，交替周期为9～15，x=0.15～0.20。