[发明专利]基于GaN六棱锥阵列的LED外延结构及其制备方法

说明书

本发明涉及半导体领域，所述的一种LED外延结构，包括衬底、形核层、非掺杂GaN层、n型GaN层以及在n型GaN层上的多孔SiN_x层；还包括形成在多孔SiN_x层孔洞处的n型GaN六棱锥阵列，以及位于六棱锥顶点处的量子点、六条棱上的量子线和在六个半极性（10‑11）晶面上的多量子阱层，最后是p型GaN填充层。GaN六棱锥与在其上不同位置处形成的量子点/线/阱层构成三维核壳结构。该结构发光面积大，光提取效率高，而且由于In含量的不同和极化效应等因素的影响，量子点/线/阱结构的发光波长也不同，可以通过合理的控制实现白光发射。GaN六棱锥阵列制备过程中无需图形化衬底，工艺流程简单，同时生长出的GaN晶体质量高，能有效提高LED的发光效率。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种基于GaN六棱锥阵列的LED外延结构及其制备方法。

背景技术

如今，Ⅲ-Ⅴ族半导体材料蓬勃发展，已经在很多领域进入到人们的生活当中，其中GaN作为制备高效LED的重要材料，更是吸引了很多人的眼球。与传统材料相比，GaN作为第三代半导体材料的代表，具有优良的物理、化学性质，例如：禁带宽度较宽，热稳定性好，电子迁移率很高，并且还是一种直接带隙半导体材料。因此，GaN基蓝光LED已经大规模应用在了生产生活当中，给人们的生活带来了便利的同时大大降低了能源的消耗。但是，GaN材料的潜力远不止如此，GaN基LED依然有很大的提升的空间。如能充分挖掘、利用GaN基LED的特性，研发一种晶体质量高，制备成本低，显色性好，荧光粉依赖性低以及发光效率高的LED结构，将是本行业的重大课题。

发明内容

为此，本发明主要提供一种基于六棱锥阵列的LED外延结构及其制备方法，拟解决现有LED外延结构晶体质量差，制备成本高，显色性差，荧光粉依赖性强，发光效率低等问题。此外，本发明还实现了在一个三维六棱锥结构上同时制备出量子点，量子线和量子阱，这三者发光波长明显不同，因而可以通过合理控制，直接实现白光发射。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的基于GaN六棱锥阵列的LED外延结构，包括衬底、形核层、非掺杂GaN层、n型GaN层以及在所述n型GaN层上的多孔SiN_x层；还包括形成在所述多孔SiN_x层孔洞处的n型GaN六棱锥阵列，以及位于六棱锥顶点处的量子点、六条棱上的量子线和在六个半极性（10-11）晶面上的多量子阱层，最后是p型GaN填充层。

可选地，所述非掺杂GaN层厚度为2-3μm，所述n型GaN层厚度为1-3μm。

可选地，所述多孔SiN_x层为非晶态多孔SiN_x层，厚度为2nm-15nm，孔径为20 nm -100nm。

可选地，所述GaN六棱锥均为Si掺杂，高度为200nm-900nm，直径为200nm-900nm。

可选地，所述多量子阱层为InGaN/GaN多量子阱层，InGaN阱层厚度为2nm-10nm，GaN垒层厚度为10nm-30nm，周期为3-10。

可选地，所述GaN六棱锥最顶部十个纳米内的区域还出现了富In的量子点，在六棱锥的棱上则出现了富In的量子线。

可选地，所述p型GaN为Mg掺杂的p型GaN填充层，填充厚度为300nm-1000nm。

本发明所述的基于GaN六棱锥阵列的LED外延结构的制备方法，包括如下步骤：

S1、在衬底上生长形核层，非掺杂GaN层和N型GaN层；

S2、在所述N型GaN层上生长多孔SiN_x层；

S3、在所述多孔SiN_x层的孔洞处生长n型GaN六棱锥阵列；