本发明专利技术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。本发明专利技术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。提升发光效率。提升发光效率。
【技术实现步骤摘要】
有源垒层掺Mg的外延结构及制备方法和芯片
[0001]本专利技术涉及半导体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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
技术实现思路
[0004]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术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。
[0005]技术方案：本专利技术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。
[0006]进一步地，所述掺Mg有源垒层MgGaN/ MgAl
x1
Ga
(1
‑
x1)
N /MgAl
x2
Ga
(1
‑
x2)
N 三层复合层的超晶格结构，其中0.05<x1<0.15，0.1<x2<0.25，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。
[0007]进一步地，所述掺Mg有源垒层为MgGaN/ MgAl
x1
Ga
(1
‑
x1)
N /MgAl
x2
Ga
(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0.05<x1<0.15，0.1<x2<0.25，x1＜x2。
[0008]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
。
[0009]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
x1
Ga
(1
‑
x1)
N层的总厚度为10~20
ꢀÅ
；所述 MgAl
x2
Ga
(1
‑
x2)
N层的总厚度为30~40
ꢀÅ
。
[0010]进一步地，每层所述掺Mg有源垒层的掺Mg浓度相同；和/或，所述掺Mg有源垒层总厚度为90~120
ꢀÅ
；和/或，所述掺Mg有源垒层的总Mg掺杂浓度为1E18~1E19 Atoms/cm3；和/或，所述掺Mg有源垒层为一层时，所述掺Mg有源垒层更靠近所述p型GaN层。
[0011]进一步地，所述掺Si有源垒层为n
‑
GaN层；和/或，所述掺Si有源垒层的厚度为90~120
ꢀÅ
；和/或，所述掺Si有源垒层的Si掺杂浓度为1E17~1E18 Atoms/cm3。
[0012]进一步地，所述有源层的周期数为8~12。
[0013]本专利技术还提供一种如上述任一项所述的外延结构的制备方法，包括以下步骤：提供一衬底；在所述衬底上生长一缓冲层；在所述缓冲层上生长一未掺杂U型GaN层；在所述未掺杂U型GaN层上生长一GaN层；在所述GaN层上从下至上依次交替生长有源阱层和有源垒层，形成所述有源层；其中，所述有源垒层包括掺Si有源垒层和至少一层掺Mg有源垒层；在所述有源层上生长一p型GaN层；在所述p型GaN层上生长一P型接触层。
[0014]本专利技术还提供一种发光二极管芯片，包括如上述任一项所述的外延结构。
[0015]有益效果：本专利技术提供一种有源垒层掺Mg的外延结构及包含该结构的芯片的具体有益效果如下：1.本专利技术改善现有技术空穴迁移率较慢而主要集中在靠近p型层部分多量子阱中发光的现象，使远离p层的多量子阱均有电子和空穴复合发光，进而增加LED的出光面积。在插入复合结构层，有效减少电子在外电场的溢流，改善产品的Droop效应。
[0016]2.当注入电流时，有源层量子垒中的P型掺杂GaN中空穴向两边迁移，促使电子和空穴在多量子阱中复合发光，改善现有技术中P型层中空穴迁移慢的现象，使远离P型层的阱有和靠近P型层的量子阱有相同的空穴注入，进而实现所有阱复合发光相同，提升内量子效率，增加出光面积。
[0017]3.在掺Mg有源垒层中通入一定量的Al是起到一定的阻挡和改变电势差的作用：首先，阻挡大部分空穴向后面量子阱迁移，目的主要是为前阱提供空穴；其次ALGaN电势相对比较高，与GaN形成电势差，提升发光效率。
[0018]4.在有源层量子垒中掺杂Si原子，从而改善量子斯塔克效应，提升内量子效率。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施方式1制备的发光二极管外延结构示意图；图2为本专利技术实施方式1制备的发光二极管外延结构中有源层的结构示意图；
图3为本专利技术实施方式1制备的发光二极管外延结构有源层中掺Mg有源垒层的结构示意图；图4为包含本专利技术实施方式1制备的发光二极管外延结构的发光二极管芯片的结构示意图；图5为本专利技术实施方式2
‑
3制备的发光二极管外延结构中有源层的结构示意图；图6为本专利技术实施方式3制备的发光二极管外延结构有源层中掺Mg有源垒层的结构示意图。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种有源垒层掺Mg的外延结构，包括衬底（10），以及依次位于衬底（10）上的缓冲层（20），未掺杂U型GaN层（30），GaN层（40），有源层（50），p型GaN层（60）及p型接触层（70）；其特征在于，所述有源层（50）从下至上依次为有源阱层（501）和有源垒层（502）交替生长形成，其中，有源垒层包括掺Si有源垒层（5021）和至少一层掺Mg有源垒层（5022）。2. 根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述掺Mg有源垒层（5022）为MgGaN/ MgAl
x1
Ga
(1
‑
x1)
N /MgAl
x2
Ga
(1
‑
x2)
N 三层复合层的超晶格结构，其中0.05<x1<0.15，0.1<x2<0.25，x1＜x2。3. 根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述掺Mg有源垒层（5022）为MgGaN/ MgAl
x1
Ga
(1
‑
x1)
N /MgAl
x2
Ga
(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0.05<x1<0.15，0.1<x2<0.25，x1＜x2。4.根据权利要求3所述的外延结构，其特征在于，所述N型GaN的Si掺杂浓度为所述掺Si有源垒层（5021）Si掺杂浓度的1/2；和/或，所述N型GaN层的总厚度为30~40
ꢀÅ
。5. 根据权利要求2或3所述的外延结构，其特征在于，所述掺Mg有源垒层（5022）中，所述MgGaN层的总厚度为50~70
ꢀÅ
；所述MgAl
x1
Ga
(1
【专利技术属性】
技术研发人员：吕腾飞，郭园，展望，芦玲，
申请(专利权)人：淮安澳洋顺昌光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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