具有N型电子阻挡层的LED外延结构及其制备方法和LED器件技术

本发明专利技术提供一种具有N型电子阻挡层的LED外延结构及其制备方法和LED器件，所述LED外延结构从下向上依次包括衬底、非掺杂半导体层、复合N型半导体层、多量子阱层、和P型半导体层。所述复合N型半导体层沿外延生长方向依次包括第一N型半导体层、复合N型电子阻挡层和第二N型半导体层。其中所述复合N型电子阻挡层依次包括金属化的粗化层、在所述粗化层表面形成的具有凹凸曲面结构的停顿退火层、在所述停顿退火层上的具有凹凸曲面结构的超晶格层。本发明专利技术通过形成具有凹凸精细结构的N型电子阻挡层，来提升电子载流子的横向扩展能力，提升LED发光效率。

【技术实现步骤摘要】
具有N型电子阻挡层的LED外延结构及其制备方法和LED器件
本专利技术涉及半导体发光器件领域，具体地涉及一种具有N型电子阻挡层的LED外延结构及其制备方法和LED器件。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)作为一种新型节能、环保固态照明光源，具有能效高、体积小、重量轻、响应速度快以及寿命长等优点，使其在很多领域得到了广泛应用。目前LED市场趋于平稳与常规制造化，成本控制成为各制造商家的必需选项，作为LED芯片成本下降最为直接的方式无外乎缩小单颗芯片尺寸来增加产出，但在保持相同设计的情况下，缩小芯片尺寸会同时伴随产品发光亮度的下降。所以如何在单颗芯片大小固定的前提下，通过诸如在LED内形成有利于外量子效率提升的精细结构等方法，来有效提升其发光亮度成为目前各技术从业人员的重点课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有N型电子阻挡层的LED外延结构及其制备方法和LED器件，以通过形成具有凹凸精细结构的N型电子阻挡层，来提升电子载流子的横向扩展能力，提升LED发光效率。本专利技术提供一种具有N型电子阻挡层的LED外延结构，所述LED外延结构从下向上依次包括衬底、非掺杂半导体层、复合N型半导体层、多量子阱层、和P型半导体层；所述复合N型半导体层沿外延生长方向依次包括第一N型半导体层、复合N型电子阻挡层和第二N型半导体层；其中所述复合N型电子阻挡层依次包括金属化的粗化层、在所述粗化层表面形成的具有凹凸曲面结构的停顿退火层、在所述停顿退火层上的具有凹凸曲面结构的超晶格层。作为本专利技术的进一步改进，所述第二N型半导体层及所述多量子阱层也具有凹凸曲面结构。作为本专利技术的进一步改进，所述第一N型半导体层和所述第二N型半导体层为Si掺杂的GaN层，且所述第一N型半导体层掺杂浓度小于所述第二N型半导体层掺杂浓度。作为本专利技术的进一步改进，所述第一N型半导体层Si掺杂浓度为1×1019cm-3；所述第二N型半导体层Si掺杂浓度为2×1019cm-3。作为本专利技术的进一步改进，所述粗化层为粗化Al层，其厚度范围为10～20nm。作为本专利技术的进一步改进，所述超晶格层包含若干个双层组合单元，每个组合单元包含一个Al层和一个设于其上的AlGaN层，组合单元之间依次堆叠，其个数为15～30。作为本专利技术的进一步改进，在所述超晶格层中，每层所述Al层的厚度为1nm，每层所述AlGaN层的厚度为2nm，每层所述AlGaN层中Al组分含量范围为10～15％。作为本专利技术的进一步改进，所述第一N型半导体层和所述粗化层之间还设有第一过渡层。作为本专利技术的进一步改进，所述第一过渡层为AlGaN层，其厚度范围为10～20nm，其Al组分的含量由沿所述第一N型半导体层至所述所述粗化层的方向从0％逐渐变化为15％。作为本专利技术的进一步改进，所述超晶格层和所述第二N型半导体层之间还设有第二过渡层。作为本专利技术的进一步改进，所述第二过渡层为AlGaN层，其厚度范围为5～8nm，其Al组分含量范围为10～15％。为解决上述问题，本专利技术还提供一种LED器件，其特征在于，所述LED器件包括上述的具有N型电子阻挡层的LED外延结构、N电极和P电极，所述N电极与所述第一N型半导体层欧姆接触连接，所述P电极与所述P型半导体层接触层欧姆接触连接。为解决上述问题，本专利技术还提供一种具有N型电子阻挡层的LED外延结构的制备方法，包括：在衬底上依次生长非掺杂半导体层和第一N型半导体层；在所述第一N型半导体层上方生长金属化的粗化层；对所述粗化层进行退火处理，在其表面形成具有凹凸曲面结构的停顿退火层；在所述停顿退火层上生长超晶格层，所述超晶格层基于所述停顿退火层的结构形成凹凸曲面结构；在所述超晶格层上方依次生长第二N型半导体层和多量子阱层，所述第二N型半导体层和所述多量子阱层基于所述超晶格层的结构形成凹凸曲面结构；在所述多量子阱层上生长P型半导体层。作为本专利技术的进一步改进，所述第一N型半导体层和所述第二N型半导体层为掺杂Si的GaN层，且所述第一N型半导体层掺杂浓度小于所述第二N型半导体层掺杂浓度。作为本专利技术的进一步改进，在生长所述粗化层之前还包括在所述第一N型半导体层上生长第一过渡层，所述粗化层生长于所述第一过渡层之上。作为本专利技术的进一步改进，所述第一过渡层为AlGaN层，其生长温度范围为900～1000℃，生长压力为100torr，生长厚度范围为10～20nm，其Al组分的含量由沿所述第一N型半导体层至所述所述粗化层的方向从0％逐渐变化为15％。作为本专利技术的进一步改进，所述粗化层为粗化Al层，其生长温度范围为400～500℃，生长压力为100torr，生长厚度范围为10～20nm。作为本专利技术的进一步改进，所述粗化层的退火温度为1000℃，压力为500torr。作为本专利技术的进一步改进，所述超晶格层交替生长Al层和AlGaN层，其生长温度范围为900～1000℃，生长压力为100torr，所述超晶格层的交替生长周期数范围为15～30，其中，所述Al层的生长厚度为1nm，所述AlGaN层的生长厚度为2nm，所述AlGaN层中Al的组分范围为10～15％。作为本专利技术的进一步改进，在生长所述第二N型半导体层之前还包括在所述超晶格层上生长第二过渡层，所述第二N型半导体层生长于所述第二过渡层之上。作为本专利技术的进一步改进，所述第二过渡层为AlGaN层，其生长温度范围为900～1000℃，生长压力为100torr，生长厚度范围为5～8nm，其Al组分的含量10～15％。本专利技术的有益效果是：通过在N型GaN层中形成复合N型电子阻挡层，其中具有凹凸曲面结构的超晶格层可实现电子载流子的充分横向扩展传输，以降低电子在LED外延层内迁移速率，从而有效增加电子/空穴在发光区的复合机率。同时，周期性层叠的超晶格层形成分布布拉格反射(英文：DistributeBraggReflection，简称：DBR)效应结构，从多量子阱层发出的光线在此层经反射变为正面出光，无需经过非掺杂GaN层和衬底尤其是缓冲层的反射，大大减少光线在LED磊晶层内部传输的光衰。另外，作为主要发光层的多量子阱层由于也形成凹凸曲面结构，在单位体积内的表面积增大，能够大幅提高电子和空穴在该层内的复合几率，从而明显提升LED芯片的发光效率，尤其是适合用于背光领域需求侧向出光的芯粒设计。附图说明图1是本专利技术一实施例中的具有N型电子阻挡层的LED外延结构示意图。图2是本专利技术一实施例中的包含具有N型电子阻挡层的LED外延结构的LED器件示意图。图3是本专利技术实施例一中的一种具有N型电子阻挡层的LED外延结构的制备方法流程示意图。图4是本专利技术实施例二中的一种具有N型电子阻挡层的LED外延结构的制备方法流程示意图具体实施方式为使本申请的目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有N型电子阻挡层的LED外延结构，所述LED外延结构从下向上依次包括衬底、非掺杂半导体层、复合N型半导体层、多量子阱层、和P型半导体层，其特征在于：/n所述复合N型半导体层沿外延生长方向依次包括第一N型半导体层、复合N型电子阻挡层和第二N型半导体层；/n其中所述复合N型电子阻挡层依次包括金属化的粗化层、在所述粗化层表面形成的具有凹凸曲面结构的停顿退火层、在所述停顿退火层上的具有凹凸曲面结构的超晶格层。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有N型电子阻挡层的LED外延结构，所述LED外延结构从下向上依次包括衬底、非掺杂半导体层、复合N型半导体层、多量子阱层、和P型半导体层，其特征在于：
所述复合N型半导体层沿外延生长方向依次包括第一N型半导体层、复合N型电子阻挡层和第二N型半导体层；
其中所述复合N型电子阻挡层依次包括金属化的粗化层、在所述粗化层表面形成的具有凹凸曲面结构的停顿退火层、在所述停顿退火层上的具有凹凸曲面结构的超晶格层。


2.根据权利要求1所述的具有N型电子阻挡层的LED外延结构，其特征在于：所述第二N型半导体层及所述多量子阱层也具有凹凸曲面结构。


3.根据权利要求2所述的具有N型电子阻挡层的LED外延结构，其特征在于：所述第一N型半导体层和所述第二N型半导体层为Si掺杂的GaN层，且所述第一N型半导体层掺杂浓度小于所述第二N型半导体层掺杂浓度。


4.根据权利要求3所述的具有N型电子阻挡层的LED外延结构，其特征在于：所述第一N型半导体层Si掺杂浓度为1×1019cm-3；所述第二N型半导体层Si掺杂浓度为2×1019cm-3。


5.根据权利要求1所述的具有N型电子阻挡层的LED外延结构，其特征在于：所述粗化层为粗化Al层，其厚度范围为10～20nm。


6.根据权利要求5所述的具有N型电子阻挡层的LED外延结构，其特征在于：所述超晶格层包含若干个双层组合单元，每个组合单元包含一个Al层和一个设于其上的AlGaN层，组合单元之间依次堆叠，其个数为15～30。


7.根据权利要求6所述的具有N型电子阻挡层的LED外延结构，其特征在于：在所述超晶格层中，每层所述Al层的厚度为1nm，每层所述AlGaN层的厚度为2nm，每层所述AlGaN层中Al组分含量范围为10～15％。


8.根据权利要求1所述的具有N型电子阻挡层的LED外延结构，其特征在于：所述第一N型半导体层和所述粗化层之间还设有第一过渡层。


9.根据权利要求8所述的具有N型电子阻挡层的LED外延结构，其特征在于：所述第一过渡层为AlGaN层，其厚度范围为10～20nm，其Al组分的含量由沿所述第一N型半导体层至所述所述粗化层的方向从0％逐渐变化为15％。


10.根据权利要求1所述的具有N型电子阻挡层的LED外延结构，其特征在于：所述超晶格层和所述第二N型半导体层之间还设有第二过渡层。


11.根据权利要求10所述的具有N型电子阻挡层的LED外延结构，其特征在于：所述第二过渡层为AlGaN层，其厚度范围为5～8nm，其Al组分含量范围为10～15％。


12.一种LED器件，其特征在于，包括权利要求1-11任一所述的具有N型电子阻挡层的LED外延结构、N电极和P电极，所述N电极与所述第一N型半导体层欧姆接触连接，所述P电极与所述P型半导体层接触层欧姆接触连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：聚灿光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32