[发明专利]有源垒层掺Mg的外延结构及制备方法和芯片

说明书

本发明涉及发光二极管制造领域，公开了一种有源垒层掺Mg的外延结构及制备方法和芯片，其外延结构包括衬底，以及依次位于其上的缓冲层，未掺杂U型GaN层，GaN层，有源层，p型GaN层及p型接触层；所述有源层从下至上依次为有源阱层和有源垒层交替生长形成，其中，有源垒层包括掺Si有源垒层和至少一层的掺Mg有源垒层。本发明利用阱层和垒层交替层叠而成的有源层结构，并至少在其中一个量子垒中通入一定量的Mg，让有源垒层中的空穴向两侧量子阱中迁移，改善只有后几个阱发光的情况，从而提升内量子效率，提升发光效率。

技术领域

本发明涉及半导体LED制造领域，特别涉及一种有源垒层掺Mg的外延结构及制备方法和芯片。

背景技术

目前，GaN基发光二极管已经大量应用于固态照明领域以及显示领域，吸引着越来越多的人关注。GaN基发光二极管已经实现工业化生产、在背光源、照明、景观灯等方面都有应用。而外延片作为制造发光二极管的重要部件，现有的发光二极管外延片包括衬底、以及依次位于衬底上的缓冲层、未掺杂U型GaN层，GaN层，有源层，p型GaN层及p型接触层。其中，由于空穴的质量比电子大，所以空穴移动速度慢，电子移动速度快，P层掺杂活化效率相对较低，导致空穴迁移率比较低，迁移率低导致P型层提供的空穴在耗尽区能量损失相对比较大。以至于发光效率只在靠近P型层附近的几个量子阱发光，远离P型层的阱无法实现理想的发光效率，导致发光二极管整体内量子效率差。另外有源层中存在由极化效应导致的量子限制斯塔克效应，使得电子和空穴在空间上的波函数分离，从而导致电子和空穴的辐射复合效率偏低，影响发光二极管的内量子效率。

现如今，有源层包括周期性交替堆叠的量子阱层和量子垒层，这样的结构对增加空穴的迁移率和空穴的扩展能力无正向作用，量子阱中空穴仍然不足，影响发光二极管的发光效率。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种有源垒层掺Mg的外延结构及制备方法和芯片，外延结构的有源层由阱层和垒层交替层叠而成，且至少在其中一个量子垒中掺杂一定量的Mg，当注入电流时，有源垒层中的空穴向两侧量子阱中迁移，促进与电子在多量子阱中复合，改善原来后几个阱发光的情况，从而提升内量子效率。

技术方案：本发明提供了一种有源垒层掺Mg的外延结构，包括衬底，以及依次位于衬底上的缓冲层，未掺杂U型GaN层，GaN层，有源层，p型GaN层及p型接触层；所述有源层从下至上依次为有源阱层和有源垒层交替生长形成，其中，有源垒层包括掺Si有源垒层和至少一层掺Mg有源垒层。

进一步地，所述掺Mg有源垒层MgGaN/ MgAl_x1Ga_(1-x1)N /MgAl_x2Ga_(1-x2)N 三层复合层的超晶格结构，其中0.05x10.15，0.1x20.25，x1＜x2。此生长方式主要是让AlGaN阻挡空穴朝后面的阱跃迁，增加在前阱的复合；另外，AlGaN电势比较高，可与InGaN、GaN形成电势差，当电流注入时，高电势与低电势形成电势差，可以提高发光效率。

进一步地，所述掺Mg有源垒层为MgGaN/ MgAl_x1Ga_(1-x1)N /MgAl_x2Ga_(1-x2)N与N型GaN结构组成的四层复合层的超晶格结构，其中0.05x10.15，0.1x20.25，x1＜x2。

进一步地，所述N型GaN的Si掺杂浓度为所述掺Si有源垒层Si掺杂浓度的1/2；在有源层量子垒中掺杂Si原子，可以改善量子斯塔克效应，提升内量子效率；

和/或，所述N型GaN层的总厚度为30~40 Å。

进一步地，所述掺Mg有源垒层中，所述MgGaN层的总厚度为50~70 Å；

所述MgAl_x1Ga_(1-x1)N层的总厚度为10~20 Å；