[发明专利]具有N型电子阻挡层的LED外延结构及其制备方法和LED器件

说明书

本发明提供一种具有N型电子阻挡层的LED外延结构及其制备方法和LED器件，所述LED外延结构从下向上依次包括衬底、非掺杂半导体层、复合N型半导体层、多量子阱层、和P型半导体层。所述复合N型半导体层沿外延生长方向依次包括第一N型半导体层、复合N型电子阻挡层和第二N型半导体层。其中所述复合N型电子阻挡层依次包括金属化的粗化层、在所述粗化层表面形成的具有凹凸曲面结构的停顿退火层、在所述停顿退火层上的具有凹凸曲面结构的超晶格层。本发明通过形成具有凹凸精细结构的N型电子阻挡层，来提升电子载流子的横向扩展能力，提升LED发光效率。

技术领域

本发明涉及半导体发光器件领域，具体地涉及一种具有N型电子阻挡层的LED外延结构及其制备方法和LED器件。

背景技术

发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)作为一种新型节能、环保固态照明光源，具有能效高、体积小、重量轻、响应速度快以及寿命长等优点，使其在很多领域得到了广泛应用。目前LED市场趋于平稳与常规制造化，成本控制成为各制造商家的必需选项，作为LED芯片成本下降最为直接的方式无外乎缩小单颗芯片尺寸来增加产出，但在保持相同设计的情况下，缩小芯片尺寸会同时伴随产品发光亮度的下降。所以如何在单颗芯片大小固定的前提下，通过诸如在LED内形成有利于外量子效率提升的精细结构等方法，来有效提升其发光亮度成为目前各技术从业人员的重点课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有N型电子阻挡层的LED外延结构及其制备方法和LED器件，以通过形成具有凹凸精细结构的N型电子阻挡层，来提升电子载流子的横向扩展能力，提升LED发光效率。

本发明提供一种具有N型电子阻挡层的LED外延结构，所述LED外延结构从下向上依次包括衬底、非掺杂半导体层、复合N型半导体层、多量子阱层、和P型半导体层；

所述复合N型半导体层沿外延生长方向依次包括第一N型半导体层、复合N型电子阻挡层和第二N型半导体层；

其中所述复合N型电子阻挡层依次包括金属化的粗化层、在所述粗化层表面形成的具有凹凸曲面结构的停顿退火层、在所述停顿退火层上的具有凹凸曲面结构的超晶格层。

作为本发明的进一步改进，所述第二N型半导体层及所述多量子阱层也具有凹凸曲面结构。

作为本发明的进一步改进，所述第一N型半导体层和所述第二N型半导体层为Si掺杂的GaN层，且所述第一N型半导体层掺杂浓度小于所述第二N型半导体层掺杂浓度。

作为本发明的进一步改进，所述第一N型半导体层Si掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3；所述第二N型半导体层Si掺杂浓度为2×10¹⁹cm^-3。

作为本发明的进一步改进，所述粗化层为粗化Al层，其厚度范围为10～20nm。

作为本发明的进一步改进，所述超晶格层包含若干个双层组合单元，每个组合单元包含一个Al层和一个设于其上的AlGaN层，组合单元之间依次堆叠，其个数为15～30。

作为本发明的进一步改进，在所述超晶格层中，每层所述Al层的厚度为1nm，每层所述AlGaN层的厚度为2nm，每层所述AlGaN层中Al组分含量范围为10～15％。

作为本发明的进一步改进，所述第一N型半导体层和所述粗化层之间还设有第一过渡层。

作为本发明的进一步改进，所述第一过渡层为AlGaN层，其厚度范围为10～20nm，其Al组分的含量由沿所述第一N型半导体层至所述所述粗化层的方向从0％逐渐变化为15％。

作为本发明的进一步改进，所述超晶格层和所述第二N型半导体层之间还设有第二过渡层。