CN205488188U - 一种具有电流扩展层的外延结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于半导体技术领域，具体涉及一种具有电流扩展层的外延结构，至少包括：N型层、发光层、低温P型GaN层、电流扩展层和P型接触层，其特征在于：所述电流扩展层包括复数个子组合层，所述每一子组合层均包括未掺杂层、n型掺杂层和p型掺杂层，本实用新型提供的外延结构在工作时获得更均匀的电流分布，防止局部电流密度过大，从而提高了器件的抗静电能力，防止材料的局部过早劣化，提高使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于技术半导体技术领域，尤其涉及一种具有电流扩展层的外延结构。
背景技术
发光二极管（英文缩写为LED）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光结构，近年来，以GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料受到了人们的广泛关注和大力研究，在大功率电子器件领域取得了显著的优势，并在近几年来取得了突破性的进展。
如附图1所示，传统的GaN基发光二极管结构，至少包括：N型层10、发光层20、P型电子阻挡层30、低温P型GaN层40、高温P型GaN层50和P型接触层60，以及分别位于P型接触层60上的P电极70。由于P电极70与外延层的接触面积较小，当器件工作时，电流容易集中在电极附近而不利于电流的横向扩展，造成电流拥堵现象，因此，随着电压的升高，P电极70附近区域容易引起发光器件局部过热而击穿，降低器件的工作寿命，限制器件的额定功率。同时，电流拥堵现象也会降低了LED器件的发光效率。
发明内容
针对上述技术问题，本实用新型提供一种具有电流扩展层的外延结构，用于解决现有技术电流横向扩展能力差造成的电流拥堵现象，改善LED器件的使用寿命，提高其发光效率。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种具有电流扩展层的外延结构，至少包括：N型层、发光层、低温P型GaN层、电流扩展层和P型接触层，其特征在于：所述电流扩展层包括复数个子组合层，所述每一子组合层均包括未掺杂层、n型掺杂层和p型掺杂层。
优选的，所述复数个子组合层中n型掺杂层的杂质浓度与厚度线性变化趋势不同。
优选的，所述复数个子组合层中n型掺杂层的杂质浓度从上到下递减变化，厚度从上到下递增变化。
优选的，所述复数个子组合层中P型掺杂层的杂质浓度和厚度的线性变化趋势相同。
优选的，所述复数个子组合层中p型掺杂层的杂质浓度从上到下递减变化，厚度从上到下递减变化。优选的，所述子组合层的组数为2~5。优选的，所述n型掺杂层的厚度为2~20nm。
优选的，所述未掺杂层的厚度为2~30nm。
优选的，所述p型掺杂层的厚度为2~50nm。
本实用新型至少具有以下有益效果：
1）电流扩展层中的p型掺杂氮化物层厚度与杂质变化，与现有技术中均一化生长相比，更有利于获得高浓度空穴，增强电流扩展能力与发光均匀性。
2）未掺杂层起到静电阻挡作用，防止静电透过外延缺陷直接击穿LED器件。
3）于未掺杂层与p型掺杂层之间插入一n型掺杂层，并设置其厚度与杂质浓度线性变化趋势不同，可以由上到下起到电流往横向扩展作用。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为传统的GaN基发光二极管结构示意图；
图2 为本实用新型之外延结构示意图；
图3 为本实用新型之电流扩展层结构示意图；
附图标注：10：N型层；20：发光层；30：P型电子阻挡层；40：低温P型GaN层；50：高温P型GaN层；60：P型接触层；70：P电极；80：电流扩展层；81：第一电流扩展层；811：第一未掺杂层；812：第一n型掺杂层；813：第一p型掺杂层；82：第二电流扩展层；821：第二未掺杂层；822：第二n型掺杂层；813：第二p型掺杂层；83：第三电流扩展层；831：第三未掺杂层；832：第三n型掺杂层；833：第三p型掺杂层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。
参看附图2，本实用新型提供的一种具有电流扩展层的外延结构，至少包括： N型层10、发光层20、位于发光层20之上的低温P型GaN层40、电流扩展层80和P型接触层60，其中，N型层10掺杂的N型杂质为硅，用于提供电子，低温P型GaN层40和P型接触层60掺杂的P型杂质为镁，用于提供空穴；发光层20为由InGaN阱层和GaN垒层组成的周期性结构，其周期数为4~12。低温P型GaN层40为空穴注入层，位于发光层20之上，减小电子-空穴的有效复合时空穴的迁移距离，增加复合机率。当然，由于电子的迁移率(Mobility)比空穴高10倍（电子迁移率>1500 cm2/vs，空穴<200 cm2/vs），因此为降低电子的迁移速率，发光层20与低温P型GaN层20之间还设有一P型电子阻挡层30，其为P型AlGaN材料，调节其中Al组份来阻挡N型层10中电子过多的迁移至低温P型GaN层40；P型接触层60材料为GaN，其厚度为10~100Å。
继续参看附图2，具体地，电流扩展层80包括复数个子组合结构层，每一子组合结构层均包括未掺杂层、n型掺杂层和p型掺杂层，复数个子组合层中n型掺杂层的杂质浓度与厚度线性变化趋势不同，而p型掺杂层的杂质浓度和厚度的线性变化趋势相同。具体为，n型掺杂层的杂质浓度从上到下递减变化，厚度从上到下递增变化；p型掺杂层的杂质浓度从上到下递减变化，厚度变化趋势也为从上到下依次递减。为实现较好的电流扩展效果，其中子组合结构层的组数为2~5，本实施例优选为三组子组合层，且从上至下依次定义为第一电流扩展层81、第二电流扩展层82和第三电流扩展层83；其中，电流扩展层80为氮化镓半导体结构，例如，未掺杂层为u-GaN层，n型掺杂层为n-GaN层，p型掺杂层为p-GaN层；n型掺杂层的厚度为2~20nm，杂质浓度为1×1017~1×1019/cm2；p型掺杂层的厚度为2~50nm，杂质浓度为1×1016~1×1019/cm2。
本实施例中，参看附图3，在生长电流扩展层80时，先于低温P型GaN层40上生长第一u-GaN层811、第一n型掺杂层812及第一p型掺杂层813，组成第一电流扩展层81；于第一电流扩展层81上生长继续生长第二u-GaN层821、第二n型掺杂层822及第二p型掺杂层823组成第二电流扩展层82；继续于第二电流扩展层82上生长第三u-GaN层831、第三n型掺杂层832及第三p型掺杂层833组成第三电流扩展层83；具体地，第一n型掺杂层812、第二n型掺杂层822和第三n型掺杂层832的厚度依次减小，而第一n型掺杂层812、第二n型掺杂层822和第三n型掺杂层832的掺杂浓度依次增大；由于p型杂质为Mg，其作为受主的激活能高，Mg-H键不易断裂，而造成空穴浓度低，本实用新型透过n型掺杂层厚度与杂质浓度相反的线性变化趋势，可以由上到下起到较好的电流往横向扩展作用，提升静电承受能力；此外，第一p型掺杂层813、第二p型掺杂层823的和第三p型掺杂层833的厚度依次增大；第一p型掺杂层813、第二p型掺杂层823和第三p型层833的掺杂浓度也依次增大，本实施例设置p型掺杂层厚度与杂质浓度依次增大的变化趋势，由上到下起到再增强电流往横向扩展作用，同时随着电子的迁移与空穴浓度的增加，使得单位面积内空穴的迁移量及迁移速率增大，发光层20内电子-空穴有效复合辐射区域增大，提高LED器件的内量子效率。每一子组合层中，未掺杂层的厚度相同或者不同，其厚度范围为2~30nm，由于此层为未掺杂层，电阻相对较高而起到静电阻挡作用，防止静电透过外延缺陷直接击穿LED器件。
本实用新型提供的外延结构在工作时获得更均匀的电流分布，防止局部电流密度过大，从而提高了器件的抗静电能力，防止材料的局部过早劣化，提高使用寿命。
很明显地，本实用新型的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本实用新型构思的所有可能的实施方式。
Claims (9)
1.一种具有电流扩展层的外延结构，至少包括：N型层、发光层、低温P型GaN层、电流扩展层和P型接触层，其特征在于：所述电流扩展层包括复数个子组合层，所述每一子组合层均包括未掺杂层、n型掺杂层和p型掺杂层。
2.根据权利要求1所述的一种具有电流扩展层的外延结构，其特征在于：所述复数个子组合层中n型掺杂层的杂质浓度与厚度线性变化趋势不同。
3.根据权利要求2所述的一种具有电流扩展层的外延结构，其特征在于：所述复数个子组合层中n型掺杂层的杂质浓度从上到下递减变化，厚度从上到下递增变化。
4.根据权利要求1所述的一种具有电流扩展层的外延结构，其特征在于：所述复数个子组合层中p型掺杂层的杂质浓度和厚度的线性变化趋势相同。
5.根据权利要求4所述的一种具有电流扩展层的外延结构，其特征在于：所述复数个子组合层中p型掺杂层的杂质浓度从上到下递减变化，厚度从上到下递减变化。
6.根据权利要求1所述的一种具有电流扩展层的外延结构，其特征在于：所述子组合层的组数为2~5。
7.根据权利要求1所述的一种具有电流扩展层的外延结构，其特征在于：所述n型掺杂层的厚度为2~20nm。
8.根据权利要求1所述的一种具有电流扩展层的外延结构，其特征在于：所述未掺杂层的厚度为2~30nm。
9.根据权利要求1所述的一种具有电流扩展层的外延结构，其特征在于：所述p型掺杂层的厚度为2~50nm。
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