[发明专利]LED结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造领域，具体涉及一种LED结构及其形成方法。 

背景技术

由于LED具有环保、节能、寿命长等优点，得到的广泛的应用。尤其是氮化镓（GaN）基LED可以发出紫光、蓝光等可见光中短波长的光线，从而使LED固态照明在生产生活中大量使用成为可能。 

目前GaN基LED结构的基本结构如图1所示，自下而上包括衬底1、缓冲层2、本征GaN层3、n-GaN层4、多量子阱5、p-GaN层6、N电极7、P电极8等等。其中，多量子阱5由InGaN阱层a和GaN垒层b周期性地交替生长形成，如图2所示。LED发光的原理为：n-GaN提供电子，p-GaN提供空穴，电子和空穴在多量子阱5中复合发光。具体地，多量子阱5中InGaN阱层a为电子空穴复合发光区，GaN垒层b起到分隔各个阱层a的作用。 

在实际多量子阱中由于在同一的衬底依次外延生长出很薄的GaN垒层和阱层InGaN，二者晶格常数不完全匹配导致发生晶胞畸变，进而压电产生静电场，能带发生倾斜，最终结果表现为电子和空穴分别聚集于量子阱的两端。由于GaN材料本身易于形成n型半导体，p型掺杂比较困难，而且空穴的质量大于电子迁移率小于电子，所以阱层中电子浓度远大于空穴浓度，如图3所示。因为电子空穴分布不重合和阱层中空穴浓度过低，所以现有GaN基LED的发光效率不高。 

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述发光效率低的技术问题。为此，本发明的一个目的在于提出一种发光效率高的LED结构。本发明的另一个目的在于提出一种发光效率高的LED结构的形成方法。 

为实现上述目的，根据本发明第一方面实施例的LED结构，可以包括：衬底；第一掺杂类型氮化物半导体层，所述第一掺杂类型氮化物半导体层位于所述衬底上；第一电极，所述第一电极位于所述第一掺杂类型氮化物半导体层的第一区域上；多量子阱，所述多量子阱位于所述第一掺杂类型氮化物半导体层的第二区域上，所述多量子阱包括周期交替排列的多个阱层和多个垒层，其中，所述阱层中具有p型掺杂区，其中，当所述第一掺杂类型为n型 时，所述p型掺杂区位于所述阱层的前端，或者，当所述第一掺杂类型为p型时，所述p型掺杂区位于所述阱层的后端；第二掺杂类型氮化物半导体层，所述第二掺杂类型氮化物半导体层位于所述多量子阱上；第二电极，所述第二电极位于所述第二掺杂类型氮化物半导体层上。 

根据本发明实施例的LED结构，通过在阱区局部进行p型掺杂，使阱区内部的空穴浓度得到明显提升，同时增加了电子与空穴的波函数分布重合概率，最终使发光效率得到提升。 

另外，根据本发明实施例的LED结构还可以具有如下附加技术特征： 

在本发明一个实施例中，所述p型掺杂区的厚度为所述阱层厚度的三分之二。 

在本发明一个实施例中，所述p型掺杂区的掺杂浓度为10¹⁵-10²⁰cm^-3。 

在本发明一个实施例中，所述多量子阱是通过金属有机物化学气相沉积工艺得到的。 

在本发明一个实施例中，所述阱层材料为InGaN或AlGaN，所述垒层材料为GaN。 

为实现上述目的，根据本发明第二方面实施例的LED结构的形成方法，可以包括：提供衬底；在所述衬底上形成第一掺杂类型氮化物半导体层；在所述第一掺杂类型氮化物半导体层的第一区域上形成第一电极；在所述第一掺杂类型氮化物半导体层的第二区域上形成多量子阱，所述多量子阱包括周期交替排列的多个阱层和多个垒层，其中，所述阱层中具有p型掺杂区，其中，当所述第一掺杂类型为n型时，所述p型掺杂区位于所述阱层的前端，或者，当所述第一掺杂类型为p型时，所述p型掺杂区位于所述阱层的后端；在所述多量子阱上形成第二掺杂类型氮化物半导体层；在所述第二掺杂类型氮化物半导体层上形成第二电极。 

根据本发明实施例的LED结构的形成方法，通过在阱区局部进行p型掺杂，使阱区内部的空穴浓度得到明显提升，同时增加了电子与空穴的波函数分布重合概率，最终使发光效率得到提升。 

另外，根据本发明实施例的LED结构的形成方法还可以具有如下附加技术特征： 

在本发明一个实施例中，所述p型掺杂区的厚度为所述阱层厚度的三分之二。 

在本发明一个实施例中，所述p型掺杂区的掺杂浓度为10¹⁵-10²⁰cm^-3。 

在本发明一个实施例中，通过金属有机物化学气相沉积工艺形成所述多量子阱。