[0001] 本发明属于半导体技术领域， 尤其涉及一种 LED外延结构及其制备方法。

背景技术

[0002] LED是一种半导体固体发光器件， 其利用半导体 P-N结作为发光结构， 目前氮 化镓被视为第三代半导体材料， 具备 InGaN/GaN有源区的氮化镓基发光二极管被 视为当今最有潜力的发光源。

[0003] 参看附图 1， 目前 GaN基蓝光 LED外延结构一般包括衬底、 缓冲层、 第一半导 体层、 多量子阱发光层、 最后势垒层、 电子阻挡层和第二半导体层， 多量子阱 发光层一般为 InGaN/GaN超晶格结构， 电子阻挡层为 P型 AlGaN结构， 但由于 A1 GaN材料的折射率较 GaN与 InGaN低， 故在多量子阱发光层发出的光线容易在最 后势垒层与电子阻挡层的界面处发生全反射， 造成光取出效率较差。

[0004] 现有技术中， 为提高出光效率， 也有采用 P型层表面粗化技术， 虽然此技术可 在一定程度上提高出光效率， 但无法改善最后势垒层与电子阻挡层的界面处 现 象造成的光取出效率的损失， 且因表面粗化技术因容易有粗化不均良率较差 与 造成 LED的 P电极与 N电极有色差， 造成自动打线机辨识困难。

[0005] 另一常见的提高出光效率的技术为， 采用图形化衬底， 虽然此技术科在一定程 度上提高出光效率， 且不影响打线， 但亦无法完全改善最后势垒层与电子阻挡 层的界面处全反射现象造成的光取出效率的损 失。

[0006] 因此目前， 急需提出一种能够再进一步提高 LED其出光效率， 又不影响其打线 的 LED外延结构及其制备方法。

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0007] 针对上述问题， 本发明首先提出一种 LED外延结构， 其包括一衬底以及依次位 于所述衬底上第一半导体层、 多量子阱发光层、 最后势垒层、 电子阻挡层和第 二半导体层， 其特征在于： 于所述最后势垒层和电子阻挡层之间插入复数 个不 连续排列的岛状结构。

[0008] 优选的， 所述岛状结构的折射率大于电子阻挡层的折射 率小于等于最后势垒层 的折射率。

[0009] 优选的， 所述不连续排列的岛状结构为 3D岛状结构， 形状为锥形或者锥台形或 者蒙古包形或者多棱柱形或者前述任意两种或 者三种或者四种形状的组合。

[0010] 优选的， 所述外延结构还包括位于所述最后势垒层与所 述岛状结构之间的作为 岛状结构形成核心的复数个成核结构。

[0011] 优选的， 所述岛状结构与所述最后势垒层的折射率相同 。

[0012] 优选的， 所述岛状结构为 Al _x G _{a i} — _X N， 所述电子阻挡层为 Al _y G _{a i} — _y N， 其中 0≤x

< 1， x< y < l。

[0013] 优选的， 所述电子阻挡层表面为平整表面。

[0014] 优选的， 所述成核结构的材料为氮化镁化合物。

[0015] 优选的， 所述衬底和第一半导体层之间还具有缓冲层。

[0016] 本发明还提出一种 LED外延结构的制备方法， 包括如下步骤：

[0017] 步骤 1、 首先提供一衬底；

[0018] 步骤 2、 于所述衬底上依次沉积缓冲层、 第一半导体层；

[0019] 步骤 3、 于所述第一半导体层上沉积多量子阱发光层和 最后势垒层；

[0020] 步骤 4、 于所述最后势垒层上沉积电子阻挡层；

[0021] 步骤 5、 于所述电子阻挡层表面继续沉积第二半导体层 ；

[0022] 其特征在于： 所述最后势垒层与所述电子阻挡层沉积步骤之 间还包括沉积复数 个不连续的岛状结构的步骤 3a。

[0023] 优选的， 所述外延结构的制备方法还包括于最后势垒层 与岛状结构之间沉积成 核结构的步骤 3b， 所述成核结构为所述岛状结构的成核中心。

[0024] 优选的， 所述成核结构的生长的温度小于 900°C， 反应压力为 100~500torr。

[0025] 优选的， 通入NH ₃ 和CP ₂ Mg， 形成氮化镁化合物的成核结构。

[0026] 优选的， 所述岛状结构的生长温度为 700°C~950°C。 [0027] 优选的， 所述岛状结构的生长温度为 800°C~900°C， 以利于在氮化镁化合物成 核结构上形成不连续的岛状结构。

发明的有益效果

有益效果

[0028] 本发明在电子阻挡层与最后势垒层之间插入复 数个氮化镁化合物成核结构， 并 以此成核结构为核心， 生长复数个岛状结构， 以减少光在电子阻挡层与最后势 垒层界面处的全反射现象， 使从多量子阱发光层发出的光更多的进入电子 阻挡 层， 进而提高 LED外延结构的出光效率， 并通过电子阻挡层填平岛状结构， 继而 得到一表面平整的 LED外延结构。

对附图的简要说明

附图说明

[0029] 附图用来提供对本发明的进一步理解， 并且构成说明书的一部分， 与本发明的 实施例一起用于解释本发明， 并不构成对本发明的限制。 此外， 附图数据是描 述概要， 不是按比例绘制。

[0030] 图 1为现有技术中 LED外延结构示意图。

[0031] 图 2为本发明实施例 1之 LED外延结构示意图。

[0032] 图 3为本发明实施例 2之 LED外延结构制备方法流程图。

[0033] 图 4为本发明实施例 3之 LED外延结构示意图。

[0034] 图 5为本发明实施例 4之 LED外延结构制备方法流程图。

[0035] 图中标示： 1 : 衬底； 2： 缓冲层； 3: 第一半导体层； 4: 多量子阱发光层； 5 ： 最后势垒层； 6: 电子阻挡层； Ί 第二半导体层； 8: 成核结构； 9: 岛状结 构。

本发明的实施方式

[0036] 为使本发明的目的， 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图对本发明实施 方式作进一步地详细描述。

[0037] 实施例 1 [0038] 本实施了提供的一种 LED外延结构， 参看附图 2， 该外延结构包括一衬底 1以及 依次位于衬底 1上的缓冲层 2、 第一半导体层 ₃ 、 多量子阱发光层 4、 最后势垒层 5 、 复数个不连续排列的岛状结构 9、 电子阻挡层 6和第二半导体层 7。

[0039] 不连续排列的岛状结构 9为 3D岛状结构 9， 其形状为锥形或者锥台形或者蒙古包 形或者多棱柱形或者前述任意两种或者三种或 者四种形状的组合。 在本实施例 中， 如附图 2所示， 岛状结构 9的形状为多棱柱与多棱椎体的组合， 相邻岛状结 构 9的底部间距大于顶部间距， 以便进入岛状结构 9的光能从不同角度射出。

[0040] 岛状结构 9的折射率大于电子阻挡层 6的折射率小于等于最后势垒层 5的折射率 ， 其中， 岛状结构 9的材料为 Al _x G _{a i} — _X N， 电子阻挡层 6的材料为 Al _y G _{a i} — _y N， 其 中 0≤χ< 1， x< y < l , 优选的， X的范围为 0~0.1， y的范围为： x<y<0.3; 可选的 岛状结构 9的折射率与最后势垒层 5的折射率相同， 因此， 在本实施例中， 岛状 结构 9的材料与最后势垒层 5的材料均为 GaN， 从量子阱发光层 4发出的光线部分 经过最后势垒层 5在不改变光的传播路径下直接进入岛状结构 9， 然后经过岛状 结构 9的散射后进入电子阻挡层 6。

[0041] 本实施例中， 电子阻挡层 6完全覆盖岛状结构 9， 并得到一表面较平整的表面； 衬底 1优选为图形化衬底 1， 增加外延结构底部对光的散射作用， 进一步提高出 光效率。 第一半导体层 3与第二导体层的电性相反， 优选的， 第一半导体层 3为 N 型层， 第二半导体层 7为 P型层， 位于第一半导体层 3与第二半导体层 7之间的多 量子阱发光层 4为 GaN量子垒层和 InGaN量子阱层交替层叠的超晶格结构； 缓冲 层 2可以为 GaN、 A1N或者 AlGaN。

[0042] 本发明通过在最后势垒层 5与电子阻挡层 6之间插入复数个不连续排列的岛状结 构 9， 减少光线在最后势垒层 5与电子阻挡层 6的界面处发生全反射的概率， 光线 通过岛状结构 9与电子阻挡层 6界面发生散射， 改变了光进入电子阻挡层 6的入射 角度， 提高 LED外延结构的外量子阱效率。 而且， 电子阻挡层 6用于填平岛状结 构 9， 使得制备的外延结构层表面较平整， 便于电极的自动打线， 提高了器件的 可靠性。

[0043] 实施例 2

[0044] 本发明实施例提出了一种 LED外延结构的制备方法， 适用于制作实施例 1提供 的 LED外延结构， 参看附图 3， 该制备方法包括：

[0045] 步骤 1、 首先提供一衬底 1， 该衬底 1为图形化衬底 1， 具体为蓝宝石图形化衬底 1；

[0046] 步骤 2、 于所述衬底 1上依次沉积缓冲层 2、 第一半导体层 3 ;

[0047] 该缓冲层 2为 GaN缓冲层 2或者 A1N缓冲层 2或者 AlGaN缓冲层 2， 第一半导体层 3 为 N型层， 主要用于提供电子。

[0048] 步骤 3、 于所述第一半导体层 3上沉积多量子阱发光层 4和最后势垒层 5 ;

[0049] 多量子阱发光层 4为 GaN量子垒层和 InGaN量子阱层交替层叠的超晶格结构， 其 周期数为 2~50； 最后势垒层 5与 GaN量子垒层的生长条件和材料均相同。

[0050] 步骤 3a、 于最后势垒层 5上沉积复数个不连续排列的岛状结构 9， 该岛状结构 9 的折射率大于电子阻挡层 6的折射率小于等于最后势垒层 5的折射率。

[0051] 该岛状结构 9的成长温度在 700°C~950°C之间， 优选， 其生长温度为 800°C~900

°C， 以利形成不连续的岛状结构 9。

[0052] 步骤 4、 沉积电子阻挡层 6;

[0053] 具体地， 电子阻挡层 6的材料为 Al _y G _{a i} — _y N， 岛状结构 9的材料为 Al _x Ga ^ _X N， 其 中 0≤χ < 1， x < y < l , 优选的， X的范围为 0~0.1， y的范围为： x<y<0.3， 电子阻 挡层 6完全覆盖岛状结构 9并形成以表面平整结构。

[0054] 步骤 5、 于所述电子阻挡层 6表面继续沉积第二半导体层 7， 该第二半导体层 7为 P型层， 包括高温 P型 GaN层和 P型结构层。

[0055] 其中， 第一半导体层 3、 多量子阱发光层 4、 最后势垒层 5、 岛状结构 9、 电子阻 挡层 6和第二半导体层 7均采用 MOCVD法制备， 外延结构在形成过程中， 以 TMG a或者 TEGa作为镓源、 NH ₃ 作为氮源、 N ^/H ₂ 作为载气， CP ₂ Mg作为 P型杂质 ， SiH ₄ 作为 N型杂质。

[0056] 本发明通过在最后势垒层 5与电子阻挡层 6之间沉积复数个不连续排列的岛状结 构 9， 减少光线在最后势垒层 5与电子阻挡层 6的界面处发生全反射的概率， 光线 通过岛状结构 9与电子阻挡层 6界面发生散射， 改变了光进入电子阻挡层 6的入射 角度， 提高 LED外延结构的外量子阱效率。

[0057] 实施例 3 [0058] 参看附图 4， 本实施例提供的一种 LED外延结构与实施例提供的 LED外延结构 的区别在于： 最后势垒层 5与岛状结构 9之间还包括作为岛状结构 9形成核心的复 数个成核结构 8， 成核结构 8作为岛状结构 9的成核中心， 其尺寸小于岛状结构 9 的尺寸。

[0059] 具体地， 本实施例提供的 LED外延结构依次包括： 衬底 1， 位于衬底 1上的缓冲 层 2、 第一半导体层 ₃ 、 多量子阱发光层 4、 最后势垒层 5、 成核结构 8、 岛状结构 9、 电子阻挡层 6和第二半导体层 7。

[0060] 其中， 成核结构 8的材料为氮化镁化合物， 岛状结构 9的折射率大于电子阻挡层 6的折射率小于最后势垒层 5的折射率， 岛状结构 9的材料为 Al _x G _{a i} — _X N， 电子阻挡 层 6为 Al _y G _{a i} — _y N， 其中 0≤χ < 1， x < y < l , 优选的， x的范围为 0~0.1， y的范围为 ： x<y<0.3 , 电子阻挡层 6完全覆盖岛状结构 9并形成以表面平整结构， 氮化镁化 合物为 Mg ₃ N ₂ 结构或者 MgN结构。

[0061] 本发明实施例先于电子阻挡层 6与最后势垒层 5之间插入复数个氮化镁化合物成 核结构 8， 并以此成核结构 8为核心， 生长复数个不连续的岛状结构 9， 以减少光 在电子阻挡层 6与最后势垒层 5界面处的全反射现象， 使从多量子阱发光层 4发出 的光更多的进入电子阻挡层 6， 进而提高 LED外延结构的出光效率， 并通过电子 阻挡层 6填平岛状结构 9， 继而得到一表面平整的 LED外延结构。

[0062] 实施例 4

[0063] 本发明实施例提高了一种 LED外延结构的制备方法， 适用于制作实施例 3提供 的 LED外延结构， 参看附图 5， 该制备方法包括：

[0064] 步骤 1、 首先提供一衬底 1， 该衬底 1为形化衬底 1， 具体为蓝宝石图形化衬底 1 [0065] 步骤 2、 于所述衬底 1上依次沉积缓冲层 2、 第一半导体层 3 ;

[0066] 该缓冲层 2为 GaN缓冲层 2或者 A1N缓冲层 2或者 AlGaN缓冲层 2， 第一半导体层 3 为 N型层， 主要用于提供电子。

[0067] 步骤 3、 于所述第一半导体层 3上沉积多量子阱发光层 4和最后势垒层 5 ;

[0068] 多量子阱发光层 4为 GaN量子垒层和 InGaN量子阱层交替层叠的超晶格结构， 其 周期数为 2~50； 最后势垒层 5与 GaN量子垒层的生长条件和材料均相同。

[0069] 步骤 3b、 于最后势垒层 5上沉积复数个成核结构 8， 该成核层材料为氮化镁化合 物。

[0070] 步骤 3a、 以成核结构 8为核心， 沉积积复数个不连续排列的岛状结构 9， 该岛状 结构 9的折射率大于电子阻挡层 6的折射率小于最后势垒层 5的折射率。

[0071] 该岛状结构 9的成长温度在 700°C~950°C之间，优选， 其生长温度为 800°C~900°C ， 以利在以氮化镁化合物成核结构 8为核心形成不连续的岛状结构 9， 氮化镁化 合物为 Mg ₃ N ₂ 结构或者 MgN结构。

[0072] 步骤 4、 沉积电子阻挡层 6;

[0073] 具体地， 电子阻挡层 6的材料为 Al _y G _{a i} — _y N， 岛状结构 9的材料为 Al _x Ga _X N， 其 中 0≤χ< 1， x< y < l , 优选的， x的范围为 0~0.1， y的范围为： x<y<0.3， 电子阻 挡层 6完全覆盖岛状结构 9并形成以表面平整结构。

[0074] 步骤 5、 于所述电子阻挡层 6表面继续沉积第二半导体层 7， 该第二半导体层 7为

P型层， 包括高温 P型 GaN层和 P型结构层。

[0075] 本发明通过在最后势垒层 5与电子阻挡层 6之间沉积复数个不连续排列的岛状结 构 9， 减少光线在最后势垒层 5与电子阻挡层 6的界面处发生全反射的概率， 光线 通过岛状结构 9与电子阻挡层 6界面发生散射， 改变了光进入电子阻挡层 6的入射 角度， 提高 LED外延结构的外量子阱效率。

[0076] 应当理解的是， 上述具体实施方案为本发明的优选实施例， 本发明的范围不限 于该实施例， 凡依本发明所做的任何变更， 皆属本发明的保护范围之内。