[发明专利]LED外延结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光器件技术领域，尤其涉及一种LED外延结构及其制备方法。

背景技术

发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）作为一种高效、环保和绿色新型固态照明光源，具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高及使用功耗低等优点，使其得以广泛应用。特别地，随着LED 行业的迅猛发展，LED在照明领域的应用所占比例越来越高。随着大功率LED芯片在照明领域广泛应用，对大功率LED芯片发光效率要求与日俱增；相应的，提高大功率LED芯片发光效率，一方面要提高大功率芯片的亮度，另外一方面要降低大功率芯片在高电流密度下的工作电压。

GaN材料具有带隙宽（Eg＝3.39 eV）、发光效率高、寿命长等特点，成为制备蓝白光发光二极管（LED）的最优选材料，被誉为第三代半导体材料。

GaN和衬底材料间的晶格常数和热膨胀系数相差较大（如GaN和蓝宝石衬底间晶格常数相差16%），因此GaN外延薄膜中存在的位错密度很大，通常为10⁸～10¹⁰ cm^－2。另一方面，利用MOCVD技术生长GaN材料时，通常用NH3作为N源，而N-H的键能较大，所以一般认为是典型的外延生长温度为900～1050℃，才有助于获得高质量的GaN材料；相应的，在这样的温度下，有一部分GaN会逆向分解，产生氮空位，如此，缺陷和氮空位的产生，会使得本征的GaN偏向于N型，不利于空穴浓度的提升。

进一步的，为获得较高的空穴浓度，通常采用Cp₂Mg为Mg源对GaN材料进行掺杂，然而经过退火后，仅能打开少部分的Mg-H，当Mg掺杂浓度达到10¹⁹～10²⁰ cm^－3，也仅有0.1%～1%的Mg得到活化，使其空穴浓度达到10¹⁷～10¹⁸cm^－3，相应的，杂原子Mg的掺杂浓度如此之高，会严重影响GaN的晶体质量，同时，由于Cp₂Mg在化学气相沉积（MOCVD）过程中的复杂的分解机理，导致获得的P型GaN结构中有大量的C和H等杂质，这些杂质会对下层MQW有源层发出的光有吸收，导致发光效率下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED外延结构及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明一实施方式提供一种LED外延结构，所述LED外延结构包括：

衬底，N型GaN层，MQW有源层，电子阻挡层，欧姆接触层；所述电子阻挡层和所述欧姆接触层之间还生长有极化掺杂层，所述极化掺杂层为非故意掺杂Al_xGa_(1-x)N层，所述非故意掺杂Al_xGa_(1-x)N层中 Al的摩尔含量从与所述电子阻挡层接触的下表面到与所述欧姆接触层接触的上表面递减。

作为本实施方式的进一步改进，所述非故意掺杂Al_xGa_(1-x)N层的厚度为30~60nm。

作为本实施方式的进一步改进，所述非故意掺杂Al_xGa_(1-x)N层的厚度为50nm。

作为本实施方式的进一步改进，所述非故意掺杂Al_xGa_(1-x)N层与所述电子阻挡层接触的下表面中，所述x的取值范围为0.2~0.4；

所述非故意掺杂Al_xGa_(1-x)N层与所述电子阻挡层接触的上表面中，所述x的取值范围为0~0.2。

作为本实施方式的进一步改进，所述非故意掺杂Al_xGa_(1-x)N层与所述电子阻挡层接触的下表面中，所述x的取值为0.3，所述非故意掺杂Al_xGa_(1-x)N层与所述欧姆接触层接触的上表面中，所述x的取值为0.01。

作为本实施方式的进一步改进，所述非故意掺杂Al_xGa_(1-x)N层中Al的摩尔含量从与所述电子阻挡层接触的下表面到与所述欧姆接触层接触的上表面线性递减。

为了实现上述发明目的之一，本实施方式的一种LED外延结构的制备方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上生长N型GaN层；

在所述N型GaN层上生长MQW有源层；