[發(fā)明專利]一種LED外延結(jié)構(gòu)及制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510727669.5
• 申請(qǐng)日: 2015-11-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105226149B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張潔;馮向旭;杜成孝;劉建明;徐宸科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門市三安光電科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/06
• 分類號(hào): H01L33/06;H01L33/22;H01L33/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種LED外延結(jié)構(gòu)及制作方法，從下至上依次包括：襯底、第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、超晶格、多量子阱層以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，其特征在于：在所述超晶格中至少插入一層顆粒介質(zhì)層，所述顆粒介質(zhì)層用于在所述超晶格中形成不同寬度和深度的V型坑，多量子阱層填充所述V型坑并位于超晶格頂表面上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域，尤其涉及一種LED外延結(jié)構(gòu)及制作方法。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管（英文為L(zhǎng)ight Emitting Diode，簡(jiǎn)稱LED）是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，其利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光材料，可以直接將電轉(zhuǎn)換為光。現(xiàn)階段InGaN/GaN發(fā)光二極管被視為當(dāng)今最有潛力的發(fā)光源，但是因?yàn)镻-GaN材料較低的空穴濃度和較低的空穴遷移率，在多量子阱（MQW）中注入深度比較有限，嚴(yán)重限制了GaN基LED發(fā)光效率的進(jìn)一步提升。

目前越來(lái)越多理論研究和試驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)V型缺陷是GaN基LED中非常重要的空穴注入通道，極大地提高了空穴注入效率。常規(guī)結(jié)構(gòu)自然形成的V型坑（Pits）的原理是超晶格生長(zhǎng)層溫度較低，氮化物（如GaN）側(cè)向外延能力較差，此時(shí)穿透位錯(cuò)會(huì)形成V型坑（Pits），但是通過(guò)TEM和AFM分析可以發(fā)現(xiàn)V型坑（Pits）的形成初始位置比較一致，V型坑（Pits）的尺寸也比較一致，導(dǎo)致在特定的量子阱（QW）位置空穴注入效率較高，而其它量子阱（QW）注入效率較低，從而影響了發(fā)光效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供一種LED外延結(jié)構(gòu)及制作方法，通過(guò)在超晶格生長(zhǎng)過(guò)程中插入至少一層顆粒介質(zhì)層，以形成不同寬度和深度的V型坑，從而明顯改善LED中空穴注入效率和空穴在MQW中的空間分布，提高所有QW對(duì)空穴的利用效率及LED的發(fā)光效率。

本發(fā)明的第一方面，提供一種高空穴注入效率LED外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)從下至上依次包括：襯底、第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、超晶格、多量子阱層以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，其特征在于：在所述超晶格中至少插入一層顆粒介質(zhì)層，所述顆粒介質(zhì)層用于在所述超晶格中形成不同寬度和深度的V型坑，多量子阱層填充所述V型坑并位于超晶格頂表面上。

優(yōu)選地，在所述襯底上形成緩沖層，材質(zhì)優(yōu)選InAlGaN。

優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括N-GaN層，或者包括U-GaN層及N-GaN層。

優(yōu)選地，所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括P-GaN層，或者包括電子阻擋層以及P-GaN層，或者包括電子阻擋層、P-GaN層以及接觸層。

優(yōu)選地，所述顆粒介質(zhì)層的粒徑為0.5~5nm，所述V型坑的寬度為50~500nm。

優(yōu)選地，所述V型坑深度H取決于超晶格總厚T1、多量子阱層總厚T2及顆粒介質(zhì)層在超晶格層中的位置，并滿足T2<H<T1+T2。

優(yōu)選地，所述顆粒介質(zhì)層的密度為與V型坑密度基本對(duì)應(yīng)，密度介于1×10⁷cm^-2至1×10⁹cm^-2。

優(yōu)選地，所述顆粒介質(zhì)層材質(zhì)為氮化鎂(Mg_xN_y)或氮化硅(Si_xN_y)或氧化硅(Si_xO_y)或氧化鈦(Ti_xO_y)或氧化鋯(Zr_xO_y)或氧化鉿(Hf_xO_y)或氧化鉭(Ta_xO_y)或其組合。

本發(fā)明的第二方面，再提供一種LED外延結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下工藝步驟：

（1）提供一襯底；