[发明专利]一种氮化物LED外延片及其生长方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电技术领域，特别是指一种氮化物LED外延片的生产技术领域。

背景技术

氮化物LED作为固态光源具有高效、长寿命、环保等优点，被誉为继爱迪生发明电灯后人类照明历史上的第二次革命，成为国际上半导体和照明领域研发和产业关注的焦点。但获得高亮度GaN基LED，在技术上还面临诸多难题。

其中一个主要问题是InGaN/GaN多量子阱中晶格失配引起的应力场造成辐射复合效率降低。InGaN/GaN多量子阱MQWs中晶格失配引起的应力场使得MQWs中能带发生倾斜，造成电子和空穴波函数发生空间分离，从而降低辐射复合几率，降低发光亮度。同时这些应力场造成LED芯片很容易由于被静电作用引起被击穿，即抗静电特能力差。

另一方面，目前LED结构设计中增加电流扩展效率是提高亮度的一个重要途径，但是电流扩展层一般在芯片上进行设计，工艺复杂且增加成本。在LED外延结构上设计电流扩展层是一种更为经济有效的方法。

发明内容

本发明目的是提出一种能加电流扩展能力、提高发光亮度的氮化物LED外延片。

本发明包括N型电子注入层、P型空穴注入层以及夹在所述N型电子注入层和P型空穴注入层之间的多量子阱有源区，且在所述多量子阱有源区和所述P型空穴注入层之间包含一电子阻挡层，其特征在于，在所述N型电子注入层和多量子阱有源区之间设置1～50对N型InGaN/GaN插入层，且在所述电子阻挡层和P型空穴注入层之间设置1～50对P型u-GaN/p-GaN超晶格层。

本发明通过在多量子阱有源区和N型电子注入层之间生长N型InGaN/GaN插入层以缓解有源区中的应力，降低极化电场，增加辐射复合；同时在电子阻挡层和P型空穴注入层之间插入u-GaN/p-GaN超晶格层，可以增加电流扩展能力，提高发光亮度和降低工作电压。

本发明另一目的是提出以上氮化物LED外延片的生长方法。

本发明在衬底上依次生长低温GaN缓冲层、非故意掺杂的GaN层和N型电子注入层；其特征在于在N型电子注入层上生长掺杂浓度为1×10¹⁷ cm^-3～5×10¹⁹ cm^-3的1～50对N型InGaN/GaN插入层；再在N型InGaN/GaN插入层上依次生长多量子阱有源区和电子阻挡层；在所述电子阻挡层上生长1～50对u-GaN/p-GaN超晶格层；最后再在u-GaN/p-GaN超晶格层上生长P型空穴注入层。

本发明工艺合理，方便生产，产品稳定性好，合格率高。

采用本发明生长的氮化物外延片用标准芯片工艺制成10min*23min LED芯片，由于InGaN/GaN插入层的引入，发光亮度得到了大幅度提高，同时LED芯片的抗静电特性(ESD)得到了很大改善，人体静电模式下ESD大于4000V通过率达到95%以上；使用u-GaN/p-GaN超晶格插入层，LED芯片的电压得到了降低，10mil*23mil芯片20mA下工作电压从3.2V下降到3.0V。

另外，所述N型InGaN/GaN插入层的生长温度介于上述多量子阱有源区中量子阱和量子垒生长温度之间。其目的主要是生长一层介于量子阱和量子垒的缓冲层材料，有利于之后有源区生长应力释放，获得质量更好的有源区量子阱。

在所述N型InGaN/GaN插入层的生长时，可以只对InGaN进行N型掺杂，或者只对GaN进行掺杂，也可以同时对InGaN/GaN进行掺杂。掺杂剂选用Si等可以作为N型掺杂的元素。

在所述N型InGaN/GaN插入层的生长时，可以采用超晶格生长方式生长，也可以生长几对较厚的InGaN/GaN，每层InGaN的厚度为1?～500?，每层GaN的厚度为1?～2000?。

在生长所述u-GaN/p-GaN超晶格层时，还可以采用P型掺杂的元素Mg对p-GaN层进行掺杂，掺杂浓度为1×10¹⁷ cm^-3～5×10²¹ cm^-3。在所描述的掺杂浓度范围内，有利于Mg的激活，以获得较高的空穴浓度，提高空穴注入效率，进而提高亮度。

在生长所述u-GaN/p-GaN超晶格层时，每层u-GaN的厚度为1 ?～500 ?，每层p-GaN的厚度为1 ?～2000 ?。采用u-GaN/p-GaN超晶格，Mg掺杂类似于Delta掺杂，更有利于有利获得高空穴浓度，提高发光亮度。

附图说明