[发明专利]一种可增强空穴注入的发光二极管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可增强空穴注入的发光二极管及其制备方法，该发光二极管包括衬底，依次层叠于衬底之上的缓冲层、N型半导体层、有源区准备层、发光有源层和P型半导体层，所述有源区准备层包含若干个分布密度为1e⁷～1e¹⁰cm^‑2的阱型结构，所述阱型结构为凹坑结构或凸起结构，所述发光有源层为与所述有源区准备层的阱型结构相匹配的阱型结构。本发明通过采用具有阱型结构的发光有源层，由于发光有源层中阱型结构的侧壁为非极性面或半极性面，其具有更小的压电效应，从而能够有效降低量子阱中的压电场，增强空穴的有效注入，降低电子的泄漏，进而能够提高发光二极管的发光效率。

技术领域

本发明属于半导体发光二极管技术领域，具体是涉及一种可增强空穴注入的发光二极管及其制备方法。

背景技术

目前，因LED具有效率高、寿命长、节能环保等显著特点，而被广泛应用于显示、背光源和照明等领域，因此大功率高亮度的LED芯片的发光效率的进一步提升成为目前极其重要的研究课题。LED芯片的发光效率由电注入效率、内量子效率和光提取效率决定，其中高内量子效率的优质外延片是获得高亮度光源最为基本和直接的保障。而内量子效率又受到多种因素的影响，如异质外延生长晶格失配产生的高密度位错缺陷，自发极化效应和压电极化效应产生的内建电场，P-GaN掺杂浓度和空穴注入效率等。其中，低空穴注入效率的原因如下：

1、Mg-N-H复合物的形成以及自补偿效应的存在，造成P-GaN中空穴浓度低；

2、在大电流注入时，电子溢出势垒和电子阻挡层在P-GaN区域与空穴发生复合；

3、量子阱垒层与P-AlGaN电子阻挡层界面处有较强的极化电场，导致能带倾斜，阻碍了空穴的传输。

发明内容

针对上述现有技术，为提高LED的发光效率，增加空穴的有效注入，降低LED的制作成本，本发明提供了一种可增强空穴注入的发光二极管及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可增强空穴注入的发光二极管，包括衬底，依次层叠于衬底之上的缓冲层、N型半导体层、有源区准备层、发光有源层和P型半导体层，所述有源区准备层包含若干个分布密度为1e⁷～1e¹⁰cm^-2的阱型结构，所述阱型结构为凹坑结构或凸起结构，所述发光有源层为与所述有源区准备层的阱型结构相匹配的阱型结构。

更进一步，所述有源区准备层的每个凹坑或凸起在x-y平面的投影均为U型且与水平面的夹角分别为α和β；所述发光有源层的每个凹坑或凸起在x-y平面的投影也均为U型且与水平面的夹角分别为δ和θ，其中60°≤α≤120°，60°≤β≤120°，60°≤δ≤120°，60°≤θ≤120°。

更进一步，所述有源区准备层凹坑的α角与发光有源层中相应的凹坑的δ角相等；所述有源区准备层凸起的β角与发光有源层中相应的凸起的θ角相等。

更进一步，所述有源区准备层的每个凹坑或凸起在y-z平面的投影为多边形，多边形之间的中心距为d，凹坑的深度为h1或凸起的高度为h2；所述发光有源层的每个凹坑或凸起在y-z平面的投影也为多边形，多边形之间的中心距为D，凹坑的深度为H1或凸起的高度为H2，其中，50nm≤d≤300nm，20nm≤h1≤400nm，20nm≤h2≤400nm，50nm≤D≤300nm，20nm≤H1≤400nm，20nm≤H2≤400nm。

更进一步，所述有源区准备层的凹坑或凸起在y-z平面的投影占据半导体外延片面积的20％～70％。

更进一步，所述N型半导体层或P型半导体层的生长平面为极性面，所述发光有源层中阱型结构的侧壁为非极性或半极性面。

更进一步，所述发光有源层与P型半导体层之间还设有P型AlGaN电子阻挡层。