[发明专利]垂直金字塔结构LED及其制备方法

说明书

本发明公开了一种垂直金字塔结构LED及其制备方法，属于半导体技术领域。该垂直金字塔结构LED包括：衬底和外延层，所述外延层位于所述衬底之上，其中，外延层包括介质层和金字塔结构，所述介质层沉积在衬底上，具有开设至衬底的周期性孔洞结构的图形化掩膜；所述金字塔结构为填满所述孔洞结构并继续生长形成金字塔式结构。本发明直接在新型衬底上开孔选区外延生长GaN基垂直金字塔LED，不需要生长氮化物薄膜层、不需要衬底剥离、发光层转移、二次键和的简单垂直金字塔结构技术路线，将大幅提高生产效率，降低生产成本。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种垂直金字塔结构LED及其制备方法。

背景技术

近年来，GaN基发光二极管(LED)为代表的固态照明技术由于具有体积小、冷光源、响应时间短、发光效率高、节能、使用寿命长等优势，取得了长足的发展。由于GaN同质衬底难以获得，基于异质外延GaN的不同衬底，主要发展起来比较成熟的SiC和蓝宝石两条技术路线。其中SiC衬底虽然与GaN晶格失配较小，并且具有一定的导电性，但由于其具有一定的吸光性，且单晶价格昂贵，不适合大批量生产和应用。蓝宝石衬底价格便宜，是目前主流的技术路线，但同时，由于蓝宝石和GaN晶格失配、热失配较大，在其上外延出的GaN/InGaN薄膜往往具有较大的应力和缺陷，并且由于蓝宝石衬底不导电，且导热性差，电流的横向扩展会在器件内集聚大量的热，严重降低了器件的效率和寿命，通常，可以通过选区外延生长GaN金字塔的方法，解决GaN薄膜的缺陷和应力的问题，但需要在蓝宝石衬底上先生长GaN薄膜过渡层再对其进行图形化处理。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种垂直金字塔结构LED及其制备方法，以较低的成本和工艺难度，制备出大电流注入密度，高发光效率的高亮垂直金字塔结构LED。

(二)技术方案

根据本发明的一方面，提供一种垂直金字塔结构LED，包括：衬底和外延层，所述外延层位于所述衬底之上，其中，外延层包括介质层和金字塔结构，所述介质层沉积在衬底上，具有开设至衬底的周期性孔洞结构的图形化掩膜；所述金字塔结构为填满所述孔洞结构并继续生长形成的金字塔式结构。

在进一步的实施方案中，所述的衬底为与GaN晶格失配度在1％～15％的宽禁带β-Ga₂O₃衬底。

在进一步的实施方案中，所述的介质层的材料为SiO₂或SiN_X，x的值介于0至5之间，其厚度为20nm～200nm。

在进一步的实施方案中，所述的介质层的孔洞结构图形为正六边形；所述的金字塔结构的侧面均为(1-100)面，顶面为(0001)面的n型GaN六角金字塔结构。

在进一步的实施方案中，所述的n型GaN六角金字塔结构的高度为2μm～10μm，所述金字塔结构掺杂元素Si，掺杂浓度为10¹⁸cm^-3～10²⁰cm^-3。

在进一步的实施方案中，所述的垂直金字塔结构LED中的外延层还包括：

多量子阱发光层，生长在金字塔结构的侧面上；

p型AlGaN电子阻挡层，生长在多量子阱发光层上；

p型GaN层，生长在p型AlGaN电子阻挡层上；

透明导电层，制备在p型GaN层上。

在进一步的实施方案中，所述的多量子阱发光层的材料为：In_XGaN/GaN，其中X的值为12～18，InGaN层厚度为2～3nm；GaN层厚度为10～12nm。