一種led外延結(jié)構(gòu)及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域，尤其涉及一種LED外延結(jié)構(gòu)及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(英文為L(zhǎng)ight Emitting D1de，簡(jiǎn)稱LED)是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，其利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光材料，可以直接將電轉(zhuǎn)換為光?，F(xiàn)階段InGaN/GaN發(fā)光二極管被視為當(dāng)今最有潛力的發(fā)光源，但是由于P-GaN材料較低的空穴濃度和較低的空穴迀移率，在多量子阱(MQW)中注入深度比較有限，嚴(yán)重限制了 GaN基LED發(fā)光效率的進(jìn)一步提升。
[0003]目前越來越多理論研究和試驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)V型缺陷是GaN基LED中非常重要的空穴注入通道，極大的提高了空穴注入效率，但是V型坑(Pits)側(cè)壁上生長(zhǎng)的量子皇(QB)依會(huì)形成勢(shì)皇，影響空穴向量子阱(QW)中的注入效率，從而影響了發(fā)光效率；而且P-GaN層材料較低的空穴濃度依然難以解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:提供一種LED外延結(jié)構(gòu)及制作方法，通過在具有V型坑的多量子阱層中形成雙六角錐空穴注入層，可以有效降低半導(dǎo)體材料中的點(diǎn)缺陷密度和位錯(cuò)密度，提供更高濃度的空穴，提高注入效率，改善LED的發(fā)光效率。
[0005]本發(fā)明的第一方面，提供一種高空穴注入效率LED外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)從下至上依次包括:襯底、第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、超晶格、具有V型坑的多量子阱層、空穴注入層以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，其特征在于:所述空穴注入層呈雙六角錐，填滿所述V型坑并嵌入第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。
[0006]優(yōu)選地，在所述襯底上形成緩沖層，材質(zhì)優(yōu)選InAlGaN。
[0007]優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括N-GaN層，或者包括U_GaN層及N_GaN層。
[0008]優(yōu)選地，所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括P-GaN層，或者包括電子阻擋層以及P-GaN層，或者包括電子阻擋層、P-GaN層以及接觸層。
[0009]優(yōu)選地，所述空穴注入層材質(zhì)為InxGalxN (0〈x彡1)，多量子阱層材質(zhì)為IriyAl.Gaj y ZN (0<y ( 1,0 ^ z ^ l，0〈y+z ( 1)，其中 x、y 滿足關(guān)系式 0〈x〈y ( 1。
[0010]優(yōu)選地，所述空穴注入層的吸收波長(zhǎng)短于多量子阱層的發(fā)光波長(zhǎng)。
[0011]本發(fā)明的第二方面，再提供一種LED外延結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下工藝步驟:
(1)提供一襯底；
(2)在所述襯底上生長(zhǎng)第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；
(3)在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)超晶格；
(4)在所述超晶格上生長(zhǎng)具有V型坑的多量子阱層；
(5)在所述V型坑中生長(zhǎng)空穴注入層，填滿并高出V型坑，直至形成雙六角錐空穴注入層；
(6)在所述多量子阱層的頂表面及空穴注入層上生長(zhǎng)第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。
[0012]優(yōu)選地，在所述襯底上生長(zhǎng)緩沖層，材質(zhì)優(yōu)選InAlGaN。
[0013]優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括N-GaN層，或者包括U_GaN層及N_GaN層。
[0014]優(yōu)選地，所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括P-GaN層，或者包括電子阻擋層以及P-GaN層，或者包括電子阻擋層、P-GaN層以及接觸層。
[0015]優(yōu)選地，所述空穴注入層材質(zhì)為InxGalxN (0〈x彡1)，多量子阱層材質(zhì)為IriyAl.Gaj y ZN (0<y ( 1,0 ^ z ^ l，0〈y+z ( 1)，其中 x、y 滿足關(guān)系式 0〈x〈y ( 1。
[0016]優(yōu)選地，所述空穴注入層的吸收波長(zhǎng)短于多量子阱層的發(fā)光波長(zhǎng)。
[0017]優(yōu)選地，還包括在所述多量子阱層的頂表面生長(zhǎng)電子阻擋層。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟(5)中雙六角錐空穴注入層的生長(zhǎng)方法包括:采用三維外延生長(zhǎng)，反應(yīng)壓力MOOtor，溫度為750~850°C，無H2環(huán)境，生長(zhǎng)速率為0.1-0.5 μ m/h。
[0019]優(yōu)選地，在所述步驟(6)之前，還包括:在所述多量子阱層的頂表面或電子阻擋層的頂表面形成掩膜材料層，然后在所述V型坑中生長(zhǎng)雙六角錐空穴注入層，再去除掩膜材料層。
[0020]優(yōu)選地，所述形成掩膜材料層的方法為:采用小角度15° )的鍍膜沉積方法，避免在V型坑內(nèi)形成。
[0021]優(yōu)選地，所述掩膜材料層材質(zhì)為氮化鎂(MgxNy)或氮化娃(SixNy)或氧化娃(Six0y)或氧化鈦(Tix0y)或氧化鋯(Zrx0y)或氧化鉿(Hfx0y)或氧化鉭(Tax0y)或其組合。
[0022]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，至少包括以下技術(shù)效果:
(1)在具有V型坑的多量子阱層中高壓三維外延生長(zhǎng)空穴注入層，有效降低半導(dǎo)體材料中的點(diǎn)缺陷密度和位錯(cuò)密度；
(2)雙六角錐空穴注入層嵌入V型坑及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，有效增大空穴注入面積，提高空穴注入效率。
【附圖說明】
[0023]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0024]圖中標(biāo)示:1:襯底；2:緩沖層；3:U_GaN層(未摻雜或非故意摻雜GaN層);4:N-GaN層；5:超晶格；6:多量子阱層；7:電子阻擋層；8:空穴注入層；9:P-GaN層；10:接觸層；11:掩膜材料層。
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制作的LED外延結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。
[0026]圖2為圖1中的雙六角錐空穴注入層的立體示意圖。
[0027]圖3~圖12為本發(fā)明實(shí)施例2制作的LED外延結(jié)構(gòu)的工藝步驟流程圖。
[0028]圖13為本發(fā)明實(shí)施例3制作的LED外延結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，在進(jìn)一步介紹本發(fā)明之前，應(yīng)當(dāng)理解，由于可以對(duì)特定的實(shí)施例進(jìn)行改造，因此，本發(fā)明并不限于下述的特定實(shí)施例。還應(yīng)當(dāng)理解，由于本發(fā)明的范圍只由所附權(quán)利要求限定，因此所采用的實(shí)施例只是介紹性的，而不是限制性的。除非另有說明，否則這里所用的所有技術(shù)和科學(xué)用語(yǔ)與本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所普遍理解的意義相同。
[0030]實(shí)施例1
請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2，本實(shí)施例提供一種LED外延結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括:襯底1、緩沖層2、包括U-GaN層3和N_GaN層4的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、超晶格5、具有V型坑的多量子阱層6及電子阻擋層7、雙六角錐空穴注入層8、包括P-GaN層9和接觸層10的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，其中雙六角錐空穴注入層8填滿所述V型坑并嵌入第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。
[0031]具體來說，本實(shí)施例的襯底1選用藍(lán)寶石(A1203)、SiC、GaAs、GaN、ZnO、S1、GaP、InP以及Ge中的至少一種，優(yōu)選平片藍(lán)寶石襯底，盡管圖中未示出，但是藍(lán)寶石襯底也可以是圖形化藍(lán)寶石襯底(PSS)，因此，實(shí)施例不限于此。
[0032]緩沖層2材質(zhì)選用InAlGaN半導(dǎo)體材料，形成在襯底1上，以減少由于襯底1和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層之間的晶格常數(shù)差而導(dǎo)致的晶格錯(cuò)配，改善外延生長(zhǎng)質(zhì)量。
[0033]U-GaN層3和N_GaN層4構(gòu)成第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，依次形成于緩沖層2上，U-GaN層3能夠減少由于襯底1和N-GaN層4之間的晶格常數(shù)差導(dǎo)致的晶格錯(cuò)配。而且，U-GaN層3能夠增強(qiáng)形成在該層上的半導(dǎo)體層結(jié)晶性能。
[0034]超晶格5形成于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上，采用重復(fù)地交替堆疊InGaN層和GaN層大約15次至大約25次。
[0035]具有V型坑的多量子阱層6