[发明专利]一种发光二极管外延片结构

说明书

技术领域

本发明涉及氮化镓半导体器件外延领域，尤其涉及具有高效率二维电子气的发光二极管外延片结构。

背景技术

发光二极管（英文缩写为LED）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光结构，近年来，以GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料受到了人们的广泛关注和大力研究，在大功率电子器件领域取得了显著的优势，并在近几年来取得了突破性的进展。

在大功率LED制作过程中，外延结构是关键技术，而通常的LED采用P-N结构，在P型半导体和N型半导体之间设定多量子阱发光层，但随着芯片尺寸的增加，电流拥堵现象日渐突出，对芯片发光均匀性和抗静电能力均提出了更高的要求。

发明内容

本发明提供一种具有高效率二维电子气的发光二极管外延片结构，技术方案包括：

1）在氢气或氢气、氮气、氨气三种气体混合气氛下，对衬底进行热处理。

2）在热处理后衬底上，依次生长低温Al_xGa_1-xN（0≤x≤1）缓冲层，非掺氮化镓层，N型氮化镓层，多量子阱发光层以及P型氮化镓层。

3）其中在N型氮化镓生长过程中插入至少插入一个In_yGa_1-yN/AlN复合层（0＜y≤1），在P型氮化镓层的生长过程中插入至少插入一个AlN/In_zGa_1-zN复合层（0＜z≤1）。

进一步地，N型氮化镓层中不同位置In_yGa_1-yN/AlN复合层和P型氮化镓层中不同位置AlN/In_zGa_1-zN复合层，In浓度保持不变（即y、z保持恒定），或呈现依次线性递增或递减、或呈锯齿、矩形、高斯分布、阶梯状分布。

进一步地，N型氮化镓层中不同位置In_yGa_1-yN/AlN复合层和P型氮化镓层中不同位置AlN/In_zGa_1-zN复合层，In浓度采用温度或/和TMIn通入量进行控制。

进一步地，N型氮化镓层中不同位置In_yGa_1-yN/AlN复合层和P型氮化镓层中不同位置AlN/In_zGa_1-zN复合层，InGaN或AlN厚度保持恒定或呈现依次线性递增或递减、或呈锯齿、矩形、高斯分布、阶梯状等分布。

进一步地，N型氮化镓层中In_yGa_1-yN/AlN复合层和P型氮化镓层中AlN/In_zGa_1-zN复合层中AlN插入层可以用AlGaN或AlInGaN或AlInN替代。

进一步地，所述N型氮化镓层被In_yGa_1-yN/AlN复合层间隔开的同一子层之内、不同子层之间的Si掺浓度保持恒定或呈现依次线性递增或递减、或呈锯齿、矩形、高斯分布、阶梯状分布。

进一步地，所述P型氮化镓层被AlN/In_zGa_1-zN复合层间隔开的同一子层之内、不同子层之间的Mg掺浓度保持恒定或呈现依次线性递增或递减、或呈锯齿、矩形、高斯分布、阶梯状分布。

本发明提供一种具有高效率二维电子气的发光二极管外延片结构，其技术效果至少包括：利用在N型氮化镓生长过程中插入多层In_yGa_1-yN/AlN复合层（0＜y≤1），在P型氮化镓层的生长过程中插入多层AlN/In_zGa_1-zN复合层（0＜z≤1），复合层中AlN部分抬高了势垒，形成了载流子阻挡层；In_yGa_1-yN层降低了势垒，形成了载流子俘获层，使在N型氮化镓层与P型氮化镓层中形成浓度相对更高、分布更加集中的二维电子气。

本发明利用不同材料的禁带宽度不同，在N型氮化镓层和P型氮化镓层中同时形成高势垒阻挡层和载流子俘获层，在相同的掺杂浓度条件下，形成的二维电子气浓度更高，分布更加集中，大大提升电流扩展能力。

附图说明

图1 为本发明发光二极管外延结构图。

图2为图1中的 N型氮化镓层4结构放大示意图。