[發明專利]一種LED外延結構及其制備方法、LED芯片

在審

• 申請號: 202211489363.7
• 申請日: 2022-11-25
• 公開（公告）號: CN115863504A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 萬志;王莎莎;史成丹;卓祥景;程偉;金張育
• 申請（專利權）人: 廈門乾照光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/12;H01L33/32;H01L33/44;H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種LED外延結構及其制備方法、LED芯片，其MQW層包括沿第一方向交替層疊生長的量子壘和量子阱，且所述量子壘包括若干組InGaN/GaN/AlGaN層，進一步地，所述量子壘的兩接觸面分別設有GaN層；通過InGaN/GaN/AlGaN層對電子產生多級散射，減小電子遷移速率，增加電子被MQW俘獲的幾率；同時，在InGaN/GaN/AlGaN的層與層之間形成反生長方向的極化電場(P→N)，對空穴產生多級加速，對電子減速，增加空穴的注入效率，減少電子溢流，從而平衡載流子分布，增加輻射復合速率，提高發光效率。

技術領域

本發明涉及發光二極管領域，尤其涉及一種LED外延結構及其制備方法、LED芯片。

背景技術

近來年，III-V族氮化物由于其優異的物理和化學特性(禁帶寬度大、擊穿電場高、電子飽和遷移率高等)，在電學、光學領域受到廣泛的關注與應用，比如目前市場上炙手可熱的藍綠光顯屏產品，以及新冠疫情后熱捧的紫外光殺菌消毒模組等。然而現實應用中由于材料、結構以及工藝的限制，各類新興LED產品大規模應用依舊存在許多問題，比如電子束縛不足導致的溢流嚴重；空穴注入效率低，限制了發光效率的進一步提升；大晶格失配帶來的強極化場等等，這些都阻礙了載流子在有源區的高效復合，給LED大規模商業化帶來了巨大的挑戰。因此，減小電子泄露、增加空穴注入效率、削弱強極化電場、促進載流子在有源區的高效復合，成為提升LED發光效率的關鍵。

目前已有的量子壘結構設計，在量子壘之間生長插入層(AlGaN、AlInGaN)或采用臺階量子壘，目的都是提高導帶勢壘高度，減小電子溢流，從而提高發光效率。然而，量子壘插入層/臺階壘雖然是利用高勢壘起到電子阻擋的作用，但同時高勢壘在一定程度上阻礙了空穴注入；此外插入層與GaN的晶格失配過大，不可避免的影響后續MQW晶體生長質量，降低器件的可靠性等。

有鑒于此，本發明人專門設計了一種LED外延結構及其制備方法、LED芯片，本案由此產生。

發明內容

本發明的目的在于提供一種LED外延結構及其制備方法、LED芯片，以減少電子溢流從而提升LED的發光效率。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種LED外延結構，包括：

襯底，及依次層疊于所述襯底表面的N型半導體層、MQW層、最后一個量子壘層以及P型半導體層；

其中，所述MQW層包括沿第一方向交替層疊生長的量子壘和量子阱，所述量子壘包括若干組InGaN/GaN/AlGaN層，以形成對電子的層級散射和反生長方向的極化電場；所述第一方向垂直于所述襯底，且由所述襯底指向所述N型半導體層。

優選地，所述量子壘的兩接觸面分別設有GaN層。

優選地，在所述N型半導體層和MQW層之間設有保護層，且所述保護層包括交替堆疊的第二N型GaN層和UGaN層。

優選地，所述第二N型GaN層的N型摻雜濃度小于所述N型半導體層的N型摻雜濃度。

優選地，最后一個量子壘層包括GaN-AlGaN-AlN復合層狀結構。

優選地，在所述最后一個量子壘層中，所述GaN層的厚度不小于所述AlGaN層的厚度。

優選地，在所述最后一個量子壘層中，所述AlN層的厚度不大于所述AlGaN層的厚度。

優選地，所述N型半導體層包括若干組N型摻雜的AlGaN/GaN層。

本發明還提供了一種LED外延結構的制備方法，包括：

提供一襯底；

在所述襯底表面依次生長N型半導體層、保護層、MQW層、最后一個量子壘層以及P型半導體層；