一种发光二极管的外延结构及其生长方法技术

本发明专利技术公开一种发光二极管的外延结构，在衬底表面生长N型层，N型层表面形成V型缺陷坑，在形成V型缺陷坑的N型层上生长有源层，并在有源层上保持V型缺陷坑的开口形态和开口深度，在有源层上生长P型层并将V型缺陷坑填平。本发明专利技术还公开一种发光二极管的外延结构生长方法。本发明专利技术可以增加电子和空穴向有源区的注入效率，使电子和空穴在有源区获得均匀的分布，进而增加有源区内量子效率，提高发光效率。

Light emitting diode epitaxial structure and growth method thereof

The invention discloses an epitaxial structure of light emitting diode, the surface of the substrate layer growth of N type, V type defect pits form N type layer, active layer growth in N type V type defect layer is formed on the pit, and keep the V type defect pit opening form and opening depth on the active layer and the active layer on the growth of P type and V type defect layer pit filled. The invention also discloses a method for growing epitaxial structure of light emitting diode. The invention can increase the injection efficiency of the electron and the hole to the active region, so that the electron and the hole can obtain uniform distribution in the active region, thereby increasing the quantum efficiency in the active region and improving the luminous efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光二极管
，尤其是指一种发光二极管的外延结构及其生长方法。
技术介绍
现有技术中，白光LED芯片通常外延在蓝宝石衬底上GaN基多层薄膜结构，其发光效率=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，空穴注入效率是发光效率的瓶颈。由于空穴注入效率比电子低，易造成电子泄露，一般情况下表现为仅有最靠近P型GaN的1-2个QW（量子阱）主要发光，其它QW不发光或者发光极弱。如图1所示，现有技术揭示的一种LED结构，N型层10上生长有源层20，有源层20上生长P型层30，该N型层10、有源层20及P型层30都为平面结构，三层结构互相平行，其空穴、电子流动及复合如图1a所示，＊表示电子空穴复合发光，↓表示电流/电场方向，＋表示P型层，－表示N型层，如图1a所示，其发光效率较低。为了增加空穴的注入，提高发光二极管的发光效率，现有技术改进了一种LED结构，N型层10平面生长有源层20，有源层20上形成V型缺陷坑201，形成V型缺陷坑201的有源层20凹陷面上生长P型层30，如图2所示。其空穴、电子流动及复合如图2a所示，＊表示电子空穴复合发光，↓表示电流/电场方向，＋表示P型层，－表示N型层。其缺陷在于：V型缺陷坑的底部距离N型层较近，容易形成漏电和电子泄露，从而影响光电性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种发光二极管的外延结构及其生长方法，以增加电子和空穴向有源区的注入效率，使电子和空穴在有源区获得均匀的分布，进而增加有源区内量子效率，提高发光效率。为达成上述目的，本专利技术的解决方案为：一种发光二极管的外延结构，在衬底表面生长N型层，N型层表面形成V型缺陷坑，在形成V型缺陷坑的N型层上生长有源层，并在有源层上保持V型缺陷坑的开口形态和开口深度，在有源层上生长P型层并将V型缺陷坑填平。进一步，N型层包括在衬底表面由下至上依次生长的非故意掺杂或N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层、重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层和重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N应力释放层，V型缺陷坑形成于重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N应力释放层表面；其中，0≤x≤1,0≤y≤1，N型掺杂浓度为0-1E20cm-3，重N型掺杂浓度为1E18-1E20cm-3。进一步，非故意掺杂或N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层为单层或多层结构，每一层的厚度为0-10um，N型掺杂源为Si、Hf或C元素。进一步，重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层为单层或多层结构，每一层的厚度为0-10um，N型掺杂源为Si、Hf或C元素。进一步，重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N应力释放层为单层或多层结构，每一层的厚度为0-10um，N型掺杂源为Si、Hf或C元素。进一步，非故意掺杂或N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层及重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层中分别形成相互连接的穿通位错，V型缺陷坑形成于穿通位错的顶部，V型缺陷坑开口大小为0-1um，深度为0-1um。进一步，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≤1,0≤y≤1，每一层的厚度0-1um。进一步，衬底为Al2O3、SiC、Si、GaN或AlN。进一步，P型层为AlxInyGa(1-x-y)N的单层、多层、超晶格或多量子阱结构，其中0≤x≤1,0≤y≤1，每一层的厚度为0-1um；P型掺杂源为Mg元素，掺杂浓度1E17-1E21cm-3。一种发光二极管的外延结构生长方法，包括以下步骤：一，在衬底表面生长N型层，N型层表面形成V型缺陷坑；二，在形成V型缺陷坑的N型层上生长有源层，并在有源层上保持V型缺陷坑的开口形态和开口深度；三，在有源层上生长P型层并将V型缺陷坑填平。进一步，在生长N型层时包括以下步骤：在衬底表面由下至上依次生长的非故意掺杂或N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层、重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层和重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N应力释放层，V型缺陷坑形成于重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N应力释放层表面；其中，0≤x≤1,0≤y≤1，N型掺杂浓度为0-1E20cm-3，重N型掺杂浓度为1E18-1E20cm-3。进一步，非故意掺杂或N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层为单层或多层结构，每一层的厚度为0-10um，N型掺杂源为Si、Hf或C元素。进一步，重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层为单层或多层结构，每一层的厚度为0-10um，N型掺杂源为Si、Hf或C元素。进一步，重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N应力释放层为单层或多层结构，每一层的厚度为0-10um，N型掺杂源为Si、Hf或C元素。进一步，非故意掺杂或N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层及重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层中分别形成相互连接的穿通位错，V型缺陷坑形成于穿通位错的顶部，V型缺陷坑开口大小为0-1um，深度为0-1um。进一步，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≤1,0≤y≤1，每一层的厚度0-1um。进一步，衬底为Al2O3、SiC、Si、GaN或AlN。进一步，P型层为AlxInyGa(1-x-y)N的单层、多层、超晶格或多量子阱结构，其中0≤x≤1,0≤y≤1，每一层的厚度为0-1um；P型掺杂源为Mg元素，掺杂浓度1E17-1E21cm-3。采用上述方案后，本专利技术N型层表面形成V型缺陷坑，在N型层上生长有源层，并在有源层上保持V型缺陷坑的开口形态和开口深度，在有源层上生长P型层并将V型缺陷坑填平，从而获得空间折叠且平行的P-N结，增加电子和空穴向有源区的注入效率，使电子和空穴在有源区获得更加均匀的分布，进而增加有源区内量子效率，提高发光效率。附图说明图1是现有技术发光二极管外延结构示意图；图1a是现有技术发光二极管外延结构空穴、电子流动及复合示意图；图2是现有技术另一发光二极管外延结构示意图；图2a是现有技术另一发光二极管外延结构空穴、电子流动及复合示意图；图3是本专利技术发光二极管外延结构示意图；图3a是本专利技术发光二极管外延结构空穴、电子流动及复合示意图；图4至图8是本专利技术的生长流程图。标号说明N型层10有源层20V型缺陷坑201P型层30衬底1非故意掺杂或N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层2穿通位错21重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层3穿通位错31AlxInyGa(1-x-y)N应力释放层4V型缺陷坑5有源层6P型层7N型层8。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4至图8所示，本专利技术揭示的一种发光二极管的外延结构生长方法，包括以下步骤：一，如图4所示，在衬底1表面生长非故意掺杂或N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层2，其中，0≤x≤1,0≤y≤1，N型掺杂浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管的外延结构，其特征在于：在衬底表面生长N型层，N型层表面形成V型缺陷坑，在形成V型缺陷坑的N型层上生长有源层，并在有源层上保持V型缺陷坑的开口形态和开口深度，在有源层上生长P型层并将V型缺陷坑填平。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管的外延结构，其特征在于：在衬底表面生长N型层，N型层表面形成V型缺陷坑，在形成V型缺陷坑的N型层上生长有源层，并在有源层上保持V型缺陷坑的开口形态和开口深度，在有源层上生长P型层并将V型缺陷坑填平。2.如权利要求1所述的一种发光二极管的外延结构，其特征在于：N型层包括在衬底表面由下至上依次生长的非故意掺杂或N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层、重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层和重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N应力释放层，V型缺陷坑形成于重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N应力释放层表面；其中，0≤x≤1,0≤y≤1，N型掺杂浓度为0-1E20cm-3，重N型掺杂浓度为1E18-1E20cm-3。3.如权利要求2所述的一种发光二极管的外延结构，其特征在于：非故意掺杂或N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层为单层或多层结构，每一层的厚度为0-10um，N型掺杂源为Si、Hf或C元素。4.如权利要求2所述的一种发光二极管的外延结构，其特征在于：重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层为单层或多层结构，每一层的厚度为0-10um，N型掺杂源为Si、Hf或C元素。5.如权利要求2所述的一种发光二极管的外延结构，其特征在于：重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N应力释放层为单层或多层结构，每一层的厚度为0-10um，N型掺杂源为Si、Hf或C元素；非故意掺杂或N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层及重N型掺杂的AlxInyGa(1-x-y)N层中分别形成相互连接的穿通位错，V型缺陷坑形成于穿通位错的顶部，V型缺陷坑开口大小为0-1um，深度为0-1um。6.如权利要求1所述的一种发光二极管的外延结构，其特征在于：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≤1,0≤y≤1，每一层的厚度0-1um；P型层为AlxInyGa(1-x-y)N的单层、多层、超晶格或多量子阱结构，其中0≤x≤1,0≤y≤1，每一层的厚度为0-1um；P型掺杂源为Mg元素，掺杂浓度1E17-1E21cm...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，林志伟，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