[發明專利]InGaN基LED外延片及其制備方法

有效

• 申請號: 201910177234.6
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN111668354B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 理查德·內策爾;周國富
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L33/14;H01L33/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 王暉;李丙林

本發明提供了一種InGaN基LED外延片及其制備方法，其中InGaN基LED外延片包括：襯底；InGaN層片，形成于所述襯底的一側表面，其In含量在40％至90％之間，以確保所述LED外延片能夠發射長波長光或近紅外射線；p型金屬氧化物層片，形成于所述InGaN層片的背朝所述襯底的一側表面上，以用作對所述InGaN層片的空穴注入層。由于p型金屬氧化物(特別是Cu₂O)可以容易地實現高p型導電性，實現很高的空穴遷移率，因此本發明中的p型金屬氧化物層片可以有效地用作InGaN層片的空穴注入層，從而避免使用現有技術中的寬帶隙低In含量的p型InGaN或純GaN作為空穴注入層。

技術領域

本發明涉及半導體發光二極管(LED)領域，特別是涉及InGaN基LED外延片及其制備方法。

背景技術

發光二極管簡稱為LED(Light Emitting Diode)。由含鎵(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成的半導體中，p型半導體提供空穴，而n型半導體提供電子，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用上述半導體來制成發光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。輻射出的光顏色(頻率或波長)取決于半導體材料的帶隙寬度，一般而言，帶隙寬度越寬，輻射出的光子能量越大(頻率越高)，波長越短。

InGaN現已廣泛用于LED領域。而且被認為是最具發展前景的LED半導體材料之一。這是因為InGaN半導體材料的帶隙寬度會隨著其中In元素的融合含量而發生改變。具體地，當In含量增加時，其帶隙寬度會變小，相應的輻射出的光的波長會變長。因此，通過調節InGaN中的In含量，可以改變其帶隙寬度，進而確定輻射出的光的顏色。InGaN作為半導體材料的一個巨大優勢是，其在III-V型半導體中具有最寬的帶隙調整范圍。理論上講，通過調節InGaN中的In含量，可以將基于InGaN的LED應用擴展到紅色和近紅外頻段，甚至擴展到1.3和1.55微米的電信頻段。

最初，InGaN大多用于藍光波段的LED。最近，人們越來越關注將基于InGaN的LED應用擴展到紅色和近紅外頻段，甚至擴展到1.3和1.55微米的電信頻段。這要求InGaN具有較高的In含量，以能夠發射紅光或甚至達到電信頻段范圍。此外，直接接觸和載流子注入層需要高n和p型導電性。雖然高n型導電性是容易實現的，但是對于富In的InGaN來說高p型導電性被認為是非常困難的。原因在于非故意摻雜的富In的InGaN本身存在缺陷，一般這種缺陷會充當施主，使得具有高缺陷密度的InGaN總是高度n型導電的。因此，非故意摻雜的富In的InGaN需要通過高度有意的p型摻雜才能將其轉換為p型導電，從而限制了其p型導電性。此外，存在用于富In的InGaN的本征電子表面積累層阻礙直接p型接觸。

為解決上述問題，廣泛使用的一種解決方案是在富In的InGaN層上引入接觸/空穴注入層，以提高空穴注入效率，提高p型導電性。該接觸/空穴注入層一般為寬帶隙低In含量(30％)的p型InGaN或純GaN。

然而，與寬帶隙低In含量結構(藍色或綠色LED)相比，這導致大的帶偏移并且不允許降低操作電壓。另外，這種寬帶隙層需要在600-800℃的溫度下生長到富含In的InGaN層上，以獲得具有所需p型導電性的良好的晶體質量。然而，這一過程的要求的溫度遠遠高于富含In的InGaN的分解溫度(大約為500℃)。也就是說，很難在防止富含In的InGaN分解的低溫范圍內形成高質量的p型InGaN或純GaN。

然而，目前還沒有較好的解決方案來避免使用低含量In的(In)GaN寬帶隙p型接觸/空穴注入層，從而影響了高效的長波長發射基于InGaN的LED器件的發展。

發明內容

本發明的目的包括，提供一種能夠發射長波長光的LED半導體。

本發明的目的還包括，避免使用寬帶隙低In含量的p型InGaN或純GaN作為空穴注入層。

另外本發明提供一種能夠發射長波長光的LED半導體的制造方法。