[發明專利]垂直金字塔結構LED及其制備方法

有效

• 申請號: 201810940241.2
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109166948B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 王軍喜;張翔;魏同波;李晉閩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/02;H01L33/14
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉歌

本發明公開了一種垂直金字塔結構LED及其制備方法，屬于半導體技術領域。該垂直金字塔結構LED包括：襯底和外延層，所述外延層位于所述襯底之上，其中，外延層包括介質層和金字塔結構，所述介質層沉積在襯底上，具有開設至襯底的周期性孔洞結構的圖形化掩膜；所述金字塔結構為填滿所述孔洞結構并繼續生長形成金字塔式結構。本發明直接在新型襯底上開孔選區外延生長GaN基垂直金字塔LED，不需要生長氮化物薄膜層、不需要襯底剝離、發光層轉移、二次鍵和的簡單垂直金字塔結構技術路線，將大幅提高生產效率，降低生產成本。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，特別涉及一種垂直金字塔結構LED及其制備方法。

背景技術

近年來，GaN基發光二極管(LED)為代表的固態照明技術由于具有體積小、冷光源、響應時間短、發光效率高、節能、使用壽命長等優勢，取得了長足的發展。由于GaN同質襯底難以獲得，基于異質外延GaN的不同襯底，主要發展起來比較成熟的SiC和藍寶石兩條技術路線。其中SiC襯底雖然與GaN晶格失配較小，并且具有一定的導電性，但由于其具有一定的吸光性，且單晶價格昂貴，不適合大批量生產和應用。藍寶石襯底價格便宜，是目前主流的技術路線，但同時，由于藍寶石和GaN晶格失配、熱失配較大，在其上外延出的GaN/InGaN薄膜往往具有較大的應力和缺陷，并且由于藍寶石襯底不導電，且導熱性差，電流的橫向擴展會在器件內集聚大量的熱，嚴重降低了器件的效率和壽命，通常，可以通過選區外延生長GaN金字塔的方法，解決GaN薄膜的缺陷和應力的問題，但需要在藍寶石襯底上先生長GaN薄膜過渡層再對其進行圖形化處理。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的在于，提供一種垂直金字塔結構LED及其制備方法，以較低的成本和工藝難度，制備出大電流注入密度，高發光效率的高亮垂直金字塔結構LED。

(二)技術方案

根據本發明的一方面，提供一種垂直金字塔結構LED，包括：襯底和外延層，所述外延層位于所述襯底之上，其中，外延層包括介質層和金字塔結構，所述介質層沉積在襯底上，具有開設至襯底的周期性孔洞結構的圖形化掩膜；所述金字塔結構為填滿所述孔洞結構并繼續生長形成的金字塔式結構。

在進一步的實施方案中，所述的襯底為與GaN晶格失配度在1％～15％的寬禁帶β-Ga₂O₃襯底。

在進一步的實施方案中，所述的介質層的材料為SiO₂或SiN_X，x的值介于0至5之間，其厚度為20nm～200nm。

在進一步的實施方案中，所述的介質層的孔洞結構圖形為正六邊形；所述的金字塔結構的側面均為(1-100)面，頂面為(0001)面的n型GaN六角金字塔結構。

在進一步的實施方案中，所述的n型GaN六角金字塔結構的高度為2μm～10μm，所述金字塔結構摻雜元素Si，摻雜濃度為10¹⁸cm^-3～10²⁰cm^-3。

在進一步的實施方案中，所述的垂直金字塔結構LED中的外延層還包括：

多量子阱發光層，生長在金字塔結構的側面上；

p型AlGaN電子阻擋層，生長在多量子阱發光層上；

p型GaN層，生長在p型AlGaN電子阻擋層上；

透明導電層，制備在p型GaN層上。

在進一步的實施方案中，所述的多量子阱發光層的材料為：In_XGaN/GaN，其中X的值為12～18，InGaN層厚度為2～3nm；GaN層厚度為10～12nm。