本發(fā)明涉及發(fā)光二極管外延技術(shù)領(lǐng)域，特別是帶電流擴(kuò)展層的藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著藍(lán)光GaN LED應(yīng)用越來越廣泛，人們對(duì)藍(lán)光GaN LED的光效要求越來越高，近幾年LED業(yè)界學(xué)者通過優(yōu)化PSS襯底規(guī)格、改善晶體質(zhì)量、抑制極化效應(yīng)、提高注入電流、提高空穴摻雜濃度等來獲得高光效的外延片。

目前，在提高注入電流均勻性方面，研究者做了大量的工作，例如生長P-InGaN空穴擴(kuò)展層新型結(jié)構(gòu)的提出，很大程度上提高了P極空穴注入的均勻性，從而一定程度上提高內(nèi)量子效率，但是由于LED正裝芯片N電極的結(jié)構(gòu)局限性，電子由N-GaN進(jìn)入有源區(qū)時(shí)無法均勻注入，從而影響有源區(qū)中電子空穴的復(fù)合，同時(shí)，由于GaN材料中電子遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空穴，從而造成電子和空穴不能夠均勻復(fù)合，最終降低內(nèi)量子效率。

現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的藍(lán)光GaN LED外延結(jié)構(gòu)，從下到上依次為：藍(lán)寶石襯底、AlN緩沖層、U型GaN層、N型GaN層、有源區(qū)、電子阻擋層、P型GaN層和P-InGaN層。為了克服電子注入均勻性問題，很多研究學(xué)者研發(fā)出很多結(jié)構(gòu)以提高電流擴(kuò)展層的注入均勻性。例如：減薄量子阱中阱和壘層厚度，有助于提高大電流注入均勻性，從而提高光效，但在小電流注入下光效并沒有提高；還有增加量子阱數(shù)量、量子阱壘層摻雜，在一定程度上提高了電流注入均勻性，但會(huì)造成晶體質(zhì)量下降，從而降低光效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種帶電流擴(kuò)展層的藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)。它是通過在現(xiàn)有外延結(jié)構(gòu)中插入電流擴(kuò)展層，以提高電子注入均勻性、阻擋底層位錯(cuò)缺陷的延伸，從而提高輻射復(fù)合幾率，達(dá)到增強(qiáng)LED內(nèi)量子效率的目的。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn)：

一種帶電流擴(kuò)展層的藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)，它從下至上依次包括藍(lán)寶石襯底、AlN緩沖層、U型GaN層、N型GaN層、有源區(qū)、電子阻擋層、P型GaN層和P-InGaN層。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述N型GaN層和有源區(qū)之間置有電流擴(kuò)展層，電流擴(kuò)展層包括摻雜Si的Al_xGa_1-xN層和InGaN層。Al_xGa_1-xN層和InGaN層交替生長且交替生長周期為3-6個(gè)周期。

在上述藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)中，所述Al_xGa_1-xN層中0≤x＜1，Si摻雜濃度為1×10¹⁸ cm³，且x隨著周期數(shù)的增加而遞減。

在上述藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)中，所述Al_xGa_1-xN層的生長溫度為680-980℃，生長壓力為300-600mbar，生長厚度為60-100nm。所述InGaN層的生長溫度為680-980℃，生長壓力為300-600mbar，生長厚度為10-30nm。Al_xGa_1-xN層和InGaN層的厚度均隨著周期數(shù)的增加而增加，Al_xGa_1-xN層的能帶寬度逐漸靠近InGaN層。

在上述藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)中，所述電流擴(kuò)展層在氮?dú)狻錃饣蛘邭涞旌檄h(huán)境中生長。

在上述藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)中，所述電流擴(kuò)展層采用AlGaN/GaN Sls、Sls InGaN/GaN或Sls AlGaInN/GaN材料中的一種。

本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)，通過摻雜Si的Al_xGa_1-xN層與InGaN層交替生長，而InGaN層有助于電子擴(kuò)展，使注入電子均勻性更好。Al_xGa_1-xN層因其勢(shì)壘高于GaN材料，有助于控制從N型GaN進(jìn)入有源區(qū)的電子分布，同時(shí)有助于阻擋底層延伸出來的位錯(cuò)缺陷，以提高電子和空穴的復(fù)合效率，從而提高內(nèi)量子效率。此外，Al_xGa_1-xN層與InGaN層交替生長模式形成超晶格結(jié)構(gòu)，更有利于提高電子注入有源區(qū)的均勻性。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在很大程度上提高了注入電子的均勻性，降低了有源區(qū)位錯(cuò)缺陷，提高了電子空穴復(fù)合幾率，以達(dá)到增強(qiáng)了LED內(nèi)量子效率的目的。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中電流擴(kuò)展層生長3個(gè)周期的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中電流擴(kuò)展層的能帶示意圖。

具體實(shí)施方式

參看圖1至圖3，本發(fā)明帶電流擴(kuò)展層的藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)從下至上依次包括藍(lán)寶石襯底1、AlN緩沖層2、U型GaN層3、N型GaN層4、電流擴(kuò)展層5、有源區(qū)6、電子阻擋層7、P型GaN層8和P-InGaN層9。電流擴(kuò)展層5包括摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51和InGaN層52，Al_xGa_1-xN層51和InGaN層52交替生長且交替生長周期為3-6個(gè)周期。

Al_xGa_1-xN層51中0≤x＜1，Si摻雜濃度為1×10¹⁸ cm³，且x隨著周期數(shù)的增加而遞減。Al_xGa_1-xN層51的生長溫度為680-980℃，生長壓力為300-600mbar，生長厚度為60-100nm。InGaN層52的生長溫度為680-980℃，生長壓力為300-600mbar，生長厚度為10-30nm。Al_xGa_1-xN層51和InGaN層52的厚度均隨著周期數(shù)的增加而增加，Al_xGa_1-xN層51的能帶寬度逐漸靠近InGaN層52。電流擴(kuò)展層5在氮?dú)?、氫氣或者氫氮混合環(huán)境中生長。電流擴(kuò)展層5采用AlGaN/GaN Sls、Sls InGaN/GaN或Sls AlGaInN/GaN材料中的一種。

本發(fā)明外延結(jié)構(gòu)的制備方法是在MOCVD反應(yīng)爐里進(jìn)行高溫烘烤，去除藍(lán)寶石襯底1表面的殘余雜質(zhì)，在緩慢降溫在500-900℃之間，生長一層 AlN 緩沖層2，然后迅速升溫，在900-1200℃生長GaN層3，生長大約10-80min，厚度為1-5μm。之后生長N型GaN層4，生長溫度在800-1200℃，生長時(shí)間為10-80min,生長總厚度在1-5μm。生長電流擴(kuò)展層5，生長溫度在680-980℃，生長總厚度10nm-200nm。生長有源區(qū)6，總厚度在200-300nm。在800-1000℃下生長P-AlGaN 層7，厚度為5-100埃。再生長P-GaN層8，生長溫度在800-1200℃下生長，厚度為1000-5000埃，Mg的濃度為5×10¹⁷ ~1×10²³ cm³ 。在600-800℃下生長P-InGaN,層9厚度為10-100nm。

本發(fā)明中的電流擴(kuò)展層5的具體生長方式包括以下步驟：

實(shí)施例一，電流擴(kuò)展層5在氮?dú)狻錃饣蛘邭涞旌檄h(huán)境中生長3個(gè)周期：

1）生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51,其中，x為0.8，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為680℃，生長壓力300mbar,厚度60nm；再生長InGaN層52,生長溫度為680℃，生長壓力300mbar,厚度10nm。

2）生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0.4，Si摻雜濃度為1*10¹⁸，生長溫度為680℃，生長壓力300mbar,厚度80nm；再生長InGaN層52,生長溫度為680℃，生長壓力300mbar,厚度20nm。

3）生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為680℃，生長壓力300mbar,厚度100nm；再生長InGaN層52,生長溫度為680℃，生長壓力300mbar,厚度30nm。

實(shí)施例二，電流擴(kuò)展層5在氮?dú)?、氫氣或者氫氮混合環(huán)境中生長3個(gè)周期：

1）生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51,其中，x為0.8，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為680℃，生長壓力400mbar,厚度60nm；再生長InGaN層52,生長溫度為680℃，生長壓力400mbar,厚度10nm。

2）生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0.4，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為680℃，生長壓力400mbar,厚度80nm；再生長InGaN層52,生長溫度為680℃，生長壓力400mbar,厚度20nm。

3）生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為680℃，生長壓力400mbar,厚度100nm；再生長InGaN層52,生長溫度為680℃，生長壓力400mbar,厚度30nm。

實(shí)施例三，電流擴(kuò)展層5在氮?dú)?、氫氣或者氫氮混合環(huán)境中生長5個(gè)周期：

1)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51,其中，x為0.8，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為880℃，生長壓力300mbar,厚度60nm；再生長InGaN層52,生長溫度為880℃，生長壓力300mbar,厚度10nm。

2)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0.6，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為880℃，生長壓力300mbar,厚度70nm；再生長InGaN層52,生長溫度為880℃，生長壓力300mbar,厚度15nm。

3)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0.4，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為880℃，生長壓力300mbar,厚度80nm；再生長InGaN層52,生長溫度為880℃，生長壓力300mbar,厚度20nm。

4)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0.2，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為880℃，生長壓力300mbar,厚度90nm；再生長InGaN層52,生長溫度為880℃，生長壓力300mbar,厚度25nm。

5)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為880℃，生長壓力300mbar,厚度100nm；再生長InGaN層52,生長溫度為880℃，生長壓力300mbar,厚度30nm。

實(shí)施例四，電流擴(kuò)展層5在氮?dú)?、氫氣或者氫氮混合環(huán)境中生長5個(gè)周期：

1)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51,其中，x為0.8，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為880℃，生長壓力600mbar,厚度60nm；再生長InGaN層52,生長溫度為880℃，生長壓力600mbar,厚度10nm。

2)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0.6，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為880℃，生長壓力600mbar,厚度70nm；再生長InGaN層52,生長溫度為880℃，生長壓力600mbar,厚度15nm。

3)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0.4，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為880℃，生長壓力600mbar,厚度80nm；再生長InGaN層52,生長溫度為880℃，生長壓力600mbar,厚度20nm。

4)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0.2，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為880℃，生長壓力600mbar,厚度90nm；再生長InGaN層52,生長溫度為880℃，生長壓力600mbar,厚度25nm。

5)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為880℃，生長壓力600mbar,厚度100nm；再生長InGaN層52,生長溫度為880℃，生長壓力600mbar,厚度30nm。

實(shí)施例五，電流擴(kuò)展層5在氮?dú)狻錃饣蛘邭涞旌檄h(huán)境中生長6個(gè)周期：

1)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51,其中，x為0.9，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為980℃，生長壓力300mbar,厚度60nm；再生長InGaN層52,生長溫度為980℃，生長壓力300mbar,厚度10nm。

2)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0.75，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為980℃，生長壓力300mbar,厚度70nm；再生長InGaN層52,生長溫度為980℃，生長壓力300mbar,厚度20nm。

3)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0.6，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為980℃，生長壓力300mbar,厚度80nm；再生長InGaN層52,生長溫度為980℃，生長壓力300mbar,厚度30nm。

4)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0.45，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為980℃，生長壓力300mbar,厚度90nm；再生長InGaN層52,生長溫度為980℃，生長壓力300mbar,厚度40nm。

5)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0.3，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為980℃，生長壓力300mbar,厚度100nm；再生長InGaN層52,生長溫度為980℃，生長壓力300mbar,厚度50nm。

6)生長摻雜Si的Al_xGa_1-xN層51, 其中，x為0.15，Si摻雜濃度為1×10¹⁸，生長溫度為980℃，生長壓力300mbar,厚度110nm；再生長InGaN層52,生長溫度為980℃，生長壓力300mbar,厚度60nm。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不限于本發(fā)明的其它實(shí)施方式，凡屬本發(fā)明的技術(shù)路線原則之內(nèi)，所做的任何顯而易見的修改、替換或改進(jìn)，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。