[发明专利]一种发光二极管的外延结构及其生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其是指一种发光二极管的外延结构及其生长方法。

背景技术

现有技术中，白光LED芯片通常外延在蓝宝石衬底上GaN基多层薄膜结构，其发光效率=载子注入效率（IE）×内量子效率（IQE）×光萃取效率（EE）。由于P型GaN中Mg掺杂的激活效率低，有效空穴浓度仅有1-5E17/cm3，远低于N型GaN中Si掺杂的激活效率和有效电子浓度5E18/cm3-2E19/cm3，因此，空穴注入效率是发光效率的瓶颈。由于空穴注入效率比电子低，易造成电子泄露，一般情况下表现为仅有最靠近P型GaN的1-2个QW（量子阱）主要发光，其它QW不发光或者发光极弱。

如图1所示，现有技术揭示的一种LED结构，N型层10上生长有源层20，有源层20上生长P型层30，该N型层10、有源层20及P型层30都为平面结构，三层结构互相平行，其空穴、电子流动及复合如图1a所示，＊表示电子空穴复合发光，↓表示电流/电场方向，＋表示P型层，－表示N型层，如图1a所示，其发光效率较低。

为了增加空穴的注入，提高发光二极管的发光效率，现有技术改进了一种LED结构，N型层10平面生长有源层20，有源层20上形成V型缺陷坑201，形成V型缺陷坑201的有源层20凹陷面上生长P型层30，如图2所示。其空穴、电子流动及复合如图2a所示，＊表示电子空穴复合发光，↓表示电流/电场方向，＋表示P型层，－表示N型层。其缺陷在于：V型缺陷坑的底部距离N型层较近，容易形成漏电和电子泄露，从而影响光电性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发光二极管的外延结构及其生长方法，以增加电子和空穴向有源区的注入效率，使电子和空穴在有源区获得均匀的分布，进而增加有源区内量子效率，提高发光效率。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：

一种发光二极管的外延结构，在衬底表面生长N型层，N型层表面形成V型缺陷坑，在形成V型缺陷坑的N型层上生长有源层，并在有源层上保持V型缺陷坑的开口形态和开口深度，在有源层上生长P型层并将V型缺陷坑填平。

进一步，N型层包括在衬底表面由下至上依次生长的非故意掺杂或N型掺杂的Al_xIn_yGa_(1-x-y)N层、重N型掺杂的Al_xIn_yGa_(1-x-y)N层和重N型掺杂的Al_xIn_yGa_(1-x-y)N应力释放层，V型缺陷坑形成于重N型掺杂的Al_xIn_yGa_(1-x-y)N应力释放层表面；其中， 0≤x≤1,0≤y≤1，N型掺杂浓度为0-1E20cm^-3，重N型掺杂浓度为1E18-1E20cm^-3。

进一步，非故意掺杂或N型掺杂的Al_xIn_yGa_(1-x-y)N层为单层或多层结构，每一层的厚度为0-10um，N型掺杂源为Si、Hf或C元素。

进一步，重N型掺杂的Al_xIn_yGa_(1-x-y)N层为单层或多层结构，每一层的厚度为0-10um，N型掺杂源为Si、Hf或C元素。

进一步，重N型掺杂的Al_xIn_yGa_(1-x-y)N应力释放层为单层或多层结构，每一层的厚度为0-10um，N型掺杂源为Si、Hf或C元素。

进一步，非故意掺杂或N型掺杂的Al_xIn_yGa_(1-x-y)N层及重N型掺杂的Al_xIn_yGa_(1-x-y)N层中分别形成相互连接的穿通位错，V型缺陷坑形成于穿通位错的顶部，V型缺陷坑开口大小为0-1um，深度为0-1um。

进一步，有源层为Al_xIn_yGa_(1-x-y)N的单层、多层、超晶格或多量子阱结构，其中 0≤x≤1,0≤y≤1，每一层的厚度0-1um。

进一步，衬底为Al₂O₃、SiC、Si、GaN或AlN。