[发明专利]一种LED外延结构及制作方法

说明书

本发明提供一种LED外延结构及制作方法，从下至上依次包括：衬底、第一导电类型半导体层、超晶格、多量子阱层以及第二导电类型半导体层，其特征在于：在所述超晶格中至少插入一层颗粒介质层，所述颗粒介质层用于在所述超晶格中形成不同宽度和深度的V型坑，多量子阱层填充所述V型坑并位于超晶格顶表面上。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种LED外延结构及制作方法。

背景技术

发光二极管（英文为Light Emitting Diode，简称LED）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。现阶段InGaN/GaN发光二极管被视为当今最有潜力的发光源，但是因为P-GaN材料较低的空穴浓度和较低的空穴迁移率，在多量子阱（MQW）中注入深度比较有限，严重限制了GaN基LED发光效率的进一步提升。

目前越来越多理论研究和试验结果，证实V型缺陷是GaN基LED中非常重要的空穴注入通道，极大地提高了空穴注入效率。常规结构自然形成的V型坑（Pits）的原理是超晶格生长层温度较低，氮化物（如GaN）侧向外延能力较差，此时穿透位错会形成V型坑（Pits），但是通过TEM和AFM分析可以发现V型坑（Pits）的形成初始位置比较一致，V型坑（Pits）的尺寸也比较一致，导致在特定的量子阱（QW）位置空穴注入效率较高，而其它量子阱（QW）注入效率较低，从而影响了发光效率。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种LED外延结构及制作方法，通过在超晶格生长过程中插入至少一层颗粒介质层，以形成不同宽度和深度的V型坑，从而明显改善LED中空穴注入效率和空穴在MQW中的空间分布，提高所有QW对空穴的利用效率及LED的发光效率。

本发明的第一方面，提供一种高空穴注入效率LED外延结构，该外延结构从下至上依次包括：衬底、第一导电类型半导体层、超晶格、多量子阱层以及第二导电类型半导体层，其特征在于：在所述超晶格中至少插入一层颗粒介质层，所述颗粒介质层用于在所述超晶格中形成不同宽度和深度的V型坑，多量子阱层填充所述V型坑并位于超晶格顶表面上。

优选地，在所述衬底上形成缓冲层，材质优选InAlGaN。

优选地，所述第一导电类型半导体层包括N-GaN层，或者包括U-GaN层及N-GaN层。

优选地，所述第二导电类型半导体层包括P-GaN层，或者包括电子阻挡层以及P-GaN层，或者包括电子阻挡层、P-GaN层以及接触层。

优选地，所述颗粒介质层的粒径为0.5~5nm，所述V型坑的宽度为50~500nm。

优选地，所述V型坑深度H取决于超晶格总厚T1、多量子阱层总厚T2及颗粒介质层在超晶格层中的位置，并满足T2<H<T1+T2。

优选地，所述颗粒介质层的密度为与V型坑密度基本对应，密度介于1×10⁷cm^-2至1×10⁹cm^-2。

优选地，所述颗粒介质层材质为氮化镁(Mg_xN_y)或氮化硅(Si_xN_y)或氧化硅(Si_xO_y)或氧化钛(Ti_xO_y)或氧化锆(Zr_xO_y)或氧化铪(Hf_xO_y)或氧化钽(Ta_xO_y)或其组合。

本发明的第二方面，再提供一种LED外延结构的制作方法，包括以下工艺步骤：

（1）提供一衬底；