一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片技术

本发明专利技术提供了一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片，LED外延结构包括依次叠加在一衬底上的第一子外延结构、N型掺杂结构和第二子外延结构，N型掺杂结构包括依次叠加的第一N型掺杂层、电子流扩散层和第二N型掺杂层，电子流扩散层掺杂有N型离子，第一N型掺杂层和第二N型掺杂层中掺杂的离子浓度均大于电子流扩散层的N型离子浓度，以提高电子流扩散层内部的电子迁移率，增加了N型掺杂结构中电子迁移的有效面积，从而提高空穴和电子的复合率，进而提高LED发光效率。

A kind of LED epitaxy structure, its preparation method and LED chip

The invention provides an LED epitaxy structure, a preparation method and an LED chip. The LED epitaxy structure includes the first sub-epitaxy structure, the N-type doping structure and the second sub-epitaxy structure superimposed on a substrate in turn. The N-type doping structure includes the first N-type doping layer, the electron flow diffusion layer and the second N-type doping layer, the electron flow diffusion layer is doped with N-type ions, and the first N-type doping structure. The concentration of doped ions in the layer and the second N-type doping layer is higher than that of the N-type ion in the electron flow diffusion layer, so as to improve the electron mobility in the electron flow diffusion layer and increase the effective area of electron migration in the N-type doping structure, thereby improving the recombination rate of holes and electrons, thereby improving the luminescence efficiency of LED.

【技术实现步骤摘要】
一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片
本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片。
技术介绍
发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)是一种半导体固态发光器件，其利用半导体P-N结作为发光材料，可以直接将电能转换为光能。在各种半导体材料中，以氮化镓(GaN)为代表的III-V族化合物半导体由于具有散热好，能够承载大电流，发光强度高，耗电量小，寿命长等优点，使得发光二极管特别是高亮度的蓝光发光二极管和白光二极管在通用照明、景观照明、显示器背光照明、汽车照明中被广泛应用。如图1所示，以蓝光LED为例，蓝光LED外延结构依次包括蓝宝石衬底10、成核层20、非掺杂GaN层30、N型GaN层40、应力调节层50、多量子阱层60、电子阻挡层70和P型GaN层80。而在LED中空穴迁移速率(约10cm2/Vs)远远低于电子迁移速率(约300cm2/Vs)，于是，在LED中容易出现多量子阱层60靠近N型GaN层40一侧，以及多量子阱层60靠近P型GaN层80一侧的多数载流子不平衡的问题，使得空穴和电子的复合率偏低，从而严重限制了LED发光效率的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片，以提高空穴和电子的复合率，从而提高LED发光效率。为解决上述技术问题，一方面，本专利技术提供一种LED外延结构，包括依次叠加在所述衬底上的第一子外延结构、N型掺杂结构和第二子外延结构，所述N型掺杂结构包括依次叠加的第一N型掺杂层、电子流扩散层和第二N型掺杂层，所述电子流扩散层掺杂有N型离子，所述第一N型掺杂层和第二N型掺杂层中掺杂的离子浓度均大于所述电子流扩散层中掺杂的N型离子浓度。可选的，所述电子流扩散层为包括至少一个周期的周期性交叠结构；当所述电子流扩散层包括一个周期的周期性交叠结构时，该周期性交叠结构包括GaN层、AlGaN层、InGaN层、AlInGaN层、AlN层和InN层中的至少一层；当所述电子流扩散层包括多个周期的周期性交叠结构时，每个周期包括GaN层、AlGaN层、InGaN层、AlInGaN层、AlN层和InN层中的至少一层。进一步的，所述第一N型掺杂层的离子浓度的范围在5e18cm-3～1e19cm-3之间，所述第二N型掺杂层的离子浓度的范围在1e18cm-3～2e18cm-3之间，所述电子流扩散层的N型离子浓度的范围在0～1e18cm-3之间。可选的，所述第一N型掺杂层的厚度的范围在1μm～3μm之间，所述电子流扩散层的厚度的范围在10nm～200nm之间，所述第二N型掺杂层的厚度的范围在10nm～80nm之间。进一步的，所述电子流扩散层掺杂有Si离子。可选的，所述第二子外延结构包括依次形成于所述N型掺杂结构上的应力调节层、多量子阱结构层、电子阻挡层和P型掺杂层，其中，所述应力调节层包括M个周期性交叠的InyAlxGa1-x-yN层和AlxInyGa1-x-yN，其中，0≤x≤1；0≤y≤1；x+y≤1；M≥1，且为整数。另一方面，本专利技术还提供了一种LED芯片，包括：衬底；以及如上述所述的LED外延结构。再一方面，本专利技术还提供了一种LED外延结构的制备方法，用于制备上述的LED外延结构，所述LED外延结构的制备方法包括以下步骤：提供一衬底，所述衬底上形成有第一子外延结构；在所述第一子外延结构上依次形成第一N型掺杂层、电子流扩散层和第二N型掺杂层，以形成N型掺杂结构，所述电子流扩散层掺杂有N型离子，所述第一N型掺杂层和第二N型掺杂层中掺杂的离子浓度均大于所述电子流扩散层中掺杂的N型离子浓度；以及在所述第二N型掺杂层上形成第二子外延结构。可选的，所述第一N型掺杂层、电子流扩散层和第二N型掺杂层通过金属有机化学气相沉积方法、等离子体增强化学气相沉积方法、分子束外延方法或氢化物气相外延方法形成。进一步的，所述第一N型掺杂层的生长温度的范围在500℃～1000℃之间，所述第一N型掺杂层的压力环境的范围在50torr～600torr之间；所述电子流扩散层的生长温度的范围在500℃～1000℃之间，所述电子流扩散层的压力环境的范围在50torr～600torr之间；所述第二N型掺杂层的生长温度的范围在500℃～1000℃之间，所述第二N型掺杂层的压力环境的范围在50torr～600torr之间。与现有技术相比，本专利技术提供的一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片，通过在第一子外延结构第二子外延结构之间形成N型掺杂结构，所述N型掺杂结构包括第一N型掺杂层、电子流扩散层和第二N型掺杂层，所述电子流扩散层掺杂有N型离子，所述第一N型掺杂层和第二N型掺杂层中掺杂的离子浓度均大于所述电子流扩散层中掺杂的N型离子浓度，以提高电子流扩散层内部的电子迁移率，增加了N型掺杂结构中电子迁移的有效面积，从而提高空穴和电子的复合率，进而提高LED发光效率。附图说明图1为一种外延结构的剖面结构示意图；图2为本专利技术一实施例的LED外延结构的剖面结构示意图；图3为本专利技术一实施例的LED外延结构的制备方法的流程示意图；图4a为本专利技术一实施例所提供的衬底的剖面结构示意图；图4b为本专利技术一实施例的形成第二N型掺杂层后的剖面结构示意图。附图标记说明：图1中：10-衬底；20-成核层；30-非掺杂GaN层；40-N型GaN层；50-应力调节层；60-多量子阱层；70-电子阻挡层；80-P型GaN层；图2-4b中：100-衬底；200-第一子外延结构；210-成核层；220-非掺杂层；300-N型掺杂结构；310-第一N型掺杂层；320-电子流扩散层；321-GaN层；322-AlGaN层；330-第二N型掺杂层；400-第二子外延结构；410-应力调节层；420-多量子阱结构层；430-电子阻挡层；440-P型掺杂层。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术的一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本专利技术的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本专利技术技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。图2为本实施例的LED外延结构的剖面结构示意图。如图2所示，本实施例提供了一种LED外延结构。所述LED外延结构包括第一子外延结构200，所述第一子外延结构200位于一衬底100上。所述第一子外延结构200包括依次形成于所述衬底100上的成核层210和非掺杂层220，所述成核层210的材料包括GaN、AlGaN或AlInGaN中的一种或几种组合，所述非掺杂层220的材料包括GaN、AlGaN或AlInGaN中的一种或几种组合。所述LED外延结构还包括N型掺杂结构300，所述N型掺杂结构300位于所述第一子外延结构200上。所述N型掺杂结构300包括依次叠加的第一N型掺杂层310、电子流扩散层320和第二N型掺杂层330。所述第一N型掺杂层310例如是掺杂有Si离子的GaN、AlGaN和AlInGaN中的一种或几种组合，当然，所述第一N型掺杂层310还可以掺杂其他种类的N型离子，例如磷(P)离子、砷(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LED外延结构，其特征在于，包括依次叠加在一衬底上的第一子外延结构、N型掺杂结构和第二子外延结构，所述N型掺杂结构包括依次叠加的第一N型掺杂层、电子流扩散层和第二N型掺杂层，所述电子流扩散层掺杂有N型离子，所述第一N型掺杂层和第二N型掺杂层中掺杂的离子浓度均大于所述电子流扩散层中掺杂的N型离子浓度。

【技术特征摘要】
1.一种LED外延结构，其特征在于，包括依次叠加在一衬底上的第一子外延结构、N型掺杂结构和第二子外延结构，所述N型掺杂结构包括依次叠加的第一N型掺杂层、电子流扩散层和第二N型掺杂层，所述电子流扩散层掺杂有N型离子，所述第一N型掺杂层和第二N型掺杂层中掺杂的离子浓度均大于所述电子流扩散层中掺杂的N型离子浓度。2.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述电子流扩散层包括至少一个周期的周期性交叠结构；当所述电子流扩散层包括一个周期的周期性交叠结构时，该周期性交叠结构包括GaN层、AlGaN层、InGaN层、AlInGaN层、AlN层和InN层中至少一层；当所述电子流扩散层包括多个周期的周期性交叠结构时，每个周期性交叠结构包括GaN层、AlGaN层、InGaN层、AlInGaN层、AlN层和InN层中至少一层。3.如权利要求2所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一N型掺杂层的离子浓度的范围在5e18cm-3～1e19cm-3之间，所述第二N型掺杂层的离子浓度的范围在1e18cm-3～2e18cm-3之间，所述电子流扩散层的N型离子浓度的范围在0～1e18cm-3之间。4.如权利要求3所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一N型掺杂层的厚度的范围在1μm～3μm之间，所述电子流扩散层的厚度的范围在10nm～200nm之间，所述第二N型掺杂层的厚度的范围在10nm～80nm之间。5.如权利要求4所述的LED外延结构，其特征在于，所述电子流扩散层掺杂有Si离子。6.如权利要求1-5中任一项所述的LED外延结构，其特征在于，所述第二子外延结构包括依次形成于所述N型掺杂结构上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：游正璋，卢国军，
申请(专利权)人：映瑞光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31