[发明专利]一种增强注入型的发光二极管的外延结构制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其是指一种增强注入型的发光二极管的外延结构制作方法。

背景技术

与传统光源相比，LED具有寿命长、光效高、功耗低、体积小及自由集成等优势，在户外显示、景观照明、电视背光及室内照明等应用领域逐渐取代传统光源成为主流。

现有技术中，90%以上的白光用LED芯片都是外延在蓝宝石衬底上GaN基多层薄膜结构，其最终的发光效率=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掺杂的激活效率很低，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，因此空穴的注入效率是发光效率的一大瓶颈。由于空穴注入效率比电子低，极易造成电子溢出（Overflow），一般情况下表现为仅有最靠近P型GaN的1-2个量子阱（QW）贡献主要发光，其它量子阱不发光或者发光极弱，如图1所示，现有技术空穴和电子流动及复合的外延结构示意图，其中，“星”表示电子空穴复合发光，“箭头”表示电流/电场方向，“+”为P-GaN，“-”为N-GaN。

有鉴于此，为了提高LED发光效率，增加空穴的有效注入，降低芯片的制作成本，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增强注入型的发光二极管的外延结构制作方法，以增加空穴的有效注入，提高发光二极管的发光效率。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：

一种增强注入型的发光二极管的外延结构制作方法，包括以下步骤：

一，在衬底表面生长至少一层U/N-GaN单晶薄膜，在U/N-GaN单晶薄膜中生成纵向穿透位错；

二，在U/N-GaN单晶薄膜上生长应力释放层，并在应力释放层中形成V型凹槽，V型凹槽位于穿透位错正上方，由穿透位错二维生长面扩大开口形成；

三，在具有V型凹槽的应力释放层上生长多量子阱有源层，并在有源层上延伸保持V型凹槽形状，且在水平生长面上持续扩大V型凹槽的面积；

四，在有源层上生长P-AlGaN层，并在P-AlGaN层上延伸保持V型凹槽；

五，在N₂/H₂/NH₃混合气体氛围中退火烤掉部分或全部V型凹槽斜面上的多量子阱有源层；

六，生长一层U-GaN覆盖层在V型凹槽斜面并延伸至P-AlGaN层表面；

七，生长P-GaN将V型凹槽填平并覆盖在延伸至P-AlGaN层表面的U-GaN上。

所述应力释放层为AlxInyGa(1-x-y)N的单层、多层、超晶格或多量子阱结构，其中0<=x,y<=1，每一层的厚度0-1um。

所述V型凹槽开口大小0-1um，深度0-1um。

所述多量子阱有源层为AlxInyGa(1-x-y)N的单层、多层、超晶格或多量子阱结构，其中0<=x,y<=1，每一层的厚度0-1um。

所述U-GaN覆盖层的厚度为0-100nm。

所述P-GaN为P型AlxInyGa(1-x-y)N的单层、多层、超晶格或多量子阱结构，其中0<=x,y<=1，每一层的厚度0-1um。

所述衬底包含Al₂O₃、SiC、Si或GaN。

所述N₂/H₂/NH₃混合气体的各组分重量百分比为a、b、c，其中0<a、b<100%、c<100%，所述退火温度高于700℃低于1200℃。

一种增强注入型的发光二极管的外延结构，在衬底上生长至少一层U/N-GaN单晶薄膜，U/N-GaN单晶薄膜中生成纵向穿透位错，在U/N-GaN单晶薄膜上生长应力释放层，应力释放层中生成纵向V型凹槽，V型凹槽位于穿透位错正上方；在应力释放层上生长多量子阱有源层，并在有源层上延伸保持V型凹槽；在有源层上生长P-AlGaN层，并在P-AlGaN层上延伸保持V型凹槽；在V型凹槽的斜面上覆盖一层U-GaN并延伸至P-AlGaN层表面；在V型凹槽中填满P-GaN并将V型凹槽填平，覆盖在延伸至P-AlGaN层表面的U-GaN上。

所述应力释放层为AlxInyGa(1-x-y)N的单层、多层、超晶格或多量子阱结构，其中0<=x,y<=1，每一层的厚度0-1um。