一种增强注入型的发光二极管的外延结构制作方法技术

本发明专利技术公开一种增强注入型的发光二极管的外延结构制作方法，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；三，在具有V型凹槽的应力释放层上生长多量子阱有源层；四，在有源层上生长P‑AlGaN层；五，在N2/H2/NH3混合气体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。本发明专利技术可以增加空穴的有效注入，提高发光二极管的发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光二极管
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术的解决方案为：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。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。采用上述方案后，本专利技术V型凹槽有效释放有源区的应力，提高有源区其它位置的晶体质量，且V型凹槽也增加电子和空穴的接触面积，增强空穴注入效率，有效提高有源区的内量子效率，提高发光二极管的发光效率。附图说明图1是现有技术空穴和电子流动及复合的外延结构示意图；图2是本专利技术的结构示意图；图3是本专利技术空穴和电子流动及复合的外延结构示意图；图4a是本专利技术衬底表面生长U/N-GaN单晶薄膜的外延结构示意图；图4b是本专利技术在U/N-GaN单晶薄膜上生长应力释放层示意图；图4c是本专利技术在应力释放层上生长有源层示意图；图4d是本专利技术在有源层上生长P-AlGaN层示意图；图4e是本专利技术烤掉部分V型凹槽斜面上的多量子阱有源层的示意图；图4f是本专利技术烤掉全部V型凹槽斜面上的多量子阱有源层的示意图；图4g是本专利技术在V型凹槽中生长一层U-GaN的示意图。标号说明衬底1U/N-GaN单晶薄膜2穿透位错21应力释放层3V型凹槽31有源层4P-AlGaN层5U-GaN6P-GaN7。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本专利技术做详细描述。参阅图2及图3所示，本专利技术揭示的一种增强注入型的发光二极管的外延结构，在衬底1上生长至少一层U/N-GaN单晶薄膜2，U/N-GaN单晶薄膜2中生成纵向穿透位错21，在U/N-GaN单晶薄膜2上生长应力释放层3，应力释放层3中生成纵向V型凹槽31，V型凹槽31位于穿透位错21正上方。在应力释放层3上生长多量子阱有源层4，并在有源层4上延伸保持V型凹槽31；在有源层4上生长P-AlGaN层5，并在P-AlGaN层5上延伸保持V型凹槽31；在V型凹槽31的斜面上覆盖一层U-GaN6并延伸至P-AlGaN层5表面；在V型凹槽31中填满P-GaN7并将V型凹槽31填平，覆盖在延伸至P-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强注入型的发光二极管的外延结构制作方法，其特征在于：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。

【技术特征摘要】
1.一种增强注入型的发光二极管的外延结构制作方法，其特征在于：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。
2.如权利要求1所述的一种增强注入型的发光二极管的外延结构制作方法，其特征在
于：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。
3.如权利要求1所述的一种增强注入型的发光二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，林志伟，陈凯轩，张永，姜伟，童吉楚，
申请(专利权)人：厦门乾照光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35