氮化物基LED外延结构、其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种氮化物基LED外延结构、其制备方法与应用。所述外延结构包括n型层、缓冲层、限制层、发光层和p型层；缓冲层表面分布有第一倒锥坑结构；限制层填充第一倒锥坑结构，且分布有第二倒锥坑结构，发光层填充第二倒锥坑结构，且表面分布有第三倒锥坑结构；p型层填充第三倒锥坑结构，且具有平整表面。本发明专利技术通过设置限制层，先填充缓冲层的倒锥坑，然后引入新倒锥坑，阻断了发光层中的空穴通过氮化物缓冲层中的倒锥坑传输至氮化物缓冲层，提高了发光层中空穴分布密度；空穴可利用倒锥坑屏蔽载流子泄露至位错，抑制了非辐射复合，极大改善外延结构的发光效率，结构简单，降低了制备周期，提高了设备稼动率，适用于大规模量产工艺。产工艺。产工艺。

【技术实现步骤摘要】
氮化物基LED外延结构、其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别是光电器件
，尤其涉及一种氮化物基LED外延结构、其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]LED器件，例如Micro
‑
LED显示器件具有自发光、高效率、低功耗、高集成度、高稳定性等诸多优点，且体积小、灵活性高、易于拆解与合并，能够应用于现有从小尺寸到大尺寸的任何显示应用场合中，现代社会已经进入信息化并向智能化方向发展，显示是实现信息交换和智能化的关键环节，在目前众多显示技术中，Micro
‑
LED显示技术被认为是具有颠覆性的下一代显示技术。
[0003]目前典型的GaN基LED外延层包括n型掺杂层、超晶格氮化物缓冲层、多量子阱层量子阱发光层、p型掺杂层。由于自由电子的浓度较空穴的浓度高，容易导致MQW(量子阱)中的电子和空穴分布不均匀，所以如何提高量子阱发光层中的空穴分布均匀性对于LED外延结构发光效率有着至关重要的作用。
[0004]现有研究表明，量子阱发光层中的倒锥形坑可以有效促进空穴注入，可用于提高量子阱发光层中的载流子分布均匀性，有利于提高LED外延结构发光效率，但是，在实际应用中发现量子阱发光层空穴分布浓度并不高。尤其对于Micro
‑
LED外延结构，量子阱发光层中的倒锥坑的增加并不能从理论上实现更高的发光效率，严重制约了Micro
‑
LED外延结构发光效率。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种氮化物基LED外延结构、其制备方法及应用。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种氮化物基LED外延结构，包括沿指定方向依次设置的n型氮化物层、氮化物缓冲层、氮化物限制层、量子阱发光层和p型氮化物层；
[0008]其中，所述氮化物缓冲层具有超晶格结构，并且所述氮化物缓冲层表面分布有第一倒锥坑结构；
[0009]所述氮化物限制层填充所述第一倒锥坑结构，且所述氮化物限制层表面分布有第二倒锥坑结构；
[0010]所述量子阱发光层填充至少部分所述第二倒锥坑结构，且所述量子阱发光层表面分布有第三倒锥坑结构；
[0011]所述p型氮化物层填充所述第三倒锥坑结构，且所述p型氮化物层具有平整表面。
[0012]进一步地，所述氮化物限制层包括沿指定方向依次设置的氮化物覆盖层、氮化物开口层和氮化物势垒层；其中，
[0013]所述氮化物覆盖层填充所述第一倒锥坑结构，所述氮化物开口层覆设于所述氮化
物覆盖层表面，并形成所述第二倒锥坑结构，所述氮化物势垒层覆设于所述氮化物开口层表面；
[0014]所述第二倒锥坑结构延伸至所述量子阱发光层中，形成所述第三倒锥坑结构。
[0015]进一步地，所述p型氮化物层的表面粗糙度小于0.3nm。
[0016]进一步地，所述氮化物覆盖层的厚度为100
‑
300nm，且其材质为含铝氮化物。
[0017]进一步地，所述含铝氮化物包括AlGaN、AIInGaN、AlN中的任意一种。
[0018]进一步地，所述氮化物缓冲层包括周期性层叠的超晶格阱层和超晶格垒层，所述超晶格阱层和超晶格垒层的层叠周期数量为2
‑
6个；
[0019]所述量子阱发光层包括周期性层叠的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层和量子垒层的层叠周期数量为1
‑
8个。
[0020]进一步地，所述氮化物开口层的厚度为40
‑
80nm，且其材质为GaN、AlGaN以及InGaN中的任意一种；
[0021]所述氮化物开口层中形成的所述第二倒锥坑结构的开口尺寸在100nm以上，分布密度为108‑
10
11
cm
‑2。
[0022]进一步地，所述n型氮化物层的厚度为1
‑
4μm；
[0023]所述超晶格阱层的厚度为1
‑
5nm，所述超晶格垒层的厚度为10
‑
50nm；
[0024]所述氮化物覆盖层的厚度为100
‑
300nm，所述氮化物开口层的厚度为40
‑
80nm，所述氮化物势垒层的厚度为15
‑
40nm；
[0025]所述量子阱层的厚度为1
‑
5nm，所述量子垒层的厚度为6
‑
10nm；
[0026]所述p型氮化物层的厚度为100
‑
200nm。
[0027]第二方面，本专利技术还提供一种上述外延结构的制备方法，包括：
[0028]1)在衬底上形成n型氮化物层；
[0029]2)在所述n型氮化物层表面形成氮化物缓冲层，并使所述氮化物缓冲层中产生多个第一倒锥坑结构；
[0030]3)在所述氮化物缓冲层表面形成氮化物限制层，所述氮化物限制层填充所述第一倒锥坑结构，并在所述氮化物限制层中形成第二倒锥坑结构；
[0031]4)在所述氮化物限制层表面形成量子阱发光层，并使部分所述第二倒锥坑结构延伸至所述量子阱发光层中，形成第三倒锥坑结构；
[0032]5)在所述量子阱发光层表面形成p型氮化物层，所述p型氮化物层填充所述第三倒锥坑结构并具有平整的表面。
[0033]进一步地，步骤3)在温度950
‑
1050℃、压力50
‑
400torr范围内生长氮化物限制层，具体包括：
[0034]在第一压力下，至少利用In源和Al源对所述氮化物缓冲层表面进行表面处理；
[0035]在第二压力下，至少利用Al源，生长含铝的氮化物覆盖层；
[0036]在第三压力下，在所述氮化物覆盖层上生长氮化物开口层；
[0037]至少利用In源和Al源，在所述氮化物开口层上生长含In和Al的氮化物势垒层；
[0038]其中，第二压力小于第一压力和第三压力。
[0039]进一步地，所述表面处理在升温时进行，时间为5
‑
100s，所述第一压力为100
‑
200torr；
[0040]进一步地，所述氮化物覆盖层的生长温度为1000
‑
1050℃，所述第二压力为50
‑
100torr；
[0041]进一步地，所述氮化物开口层的生长温度为950
‑
1000℃，所述第三压力为100
‑
200torr；
[0042]进一步地，所述氮化物势垒层的生长温度为1000
‑
1050℃，其生长时的压力为150
‑
350torr。
[0043]第三方面，本专利技术还提供一种氮化镓LED器件，包括第一电极、第二电极以及上述外延结构；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化物基LED外延结构，其特征在于包括沿指定方向依次设置的n型氮化物层、氮化物缓冲层、氮化物限制层、量子阱发光层和p型氮化物层；其中，所述氮化物缓冲层具有超晶格结构，并且所述氮化物缓冲层表面分布有第一倒锥坑结构；所述氮化物限制层填充所述第一倒锥坑结构，且所述氮化物限制层表面分布有第二倒锥坑结构；所述量子阱发光层填充至少部分所述第二倒锥坑结构，且所述量子阱发光层表面分布有第三倒锥坑结构；所述p型氮化物层填充所述第三倒锥坑结构，且所述p型氮化物层具有平整表面。2.根据权利要求1所述的氮化物基LED外延结构，其特征在于，所述氮化物限制层包括沿指定方向依次设置的氮化物覆盖层、氮化物开口层和氮化物势垒层；其中，所述氮化物覆盖层填充所述第一倒锥坑结构，所述氮化物开口层覆设于所述氮化物覆盖层表面，并形成所述第二倒锥坑结构，所述氮化物势垒层覆设于所述氮化物开口层表面；所述第二倒锥坑结构延伸至所述量子阱发光层中，形成所述第三倒锥坑结构。3.根据权利要求2所述的外延结构，其特征在于，所述p型氮化物层的表面粗糙度小于0.3nm。4.根据权利要求2所述的外延结构，其特征在于，所述氮化物覆盖层的厚度为100
‑
300nm，且其材质为含铝氮化物。5.根据权利要求4所述的外延结构，其特征在于，所述氮化物开口层的厚度为40
‑
80nm，且其材质为GaN、AlGaN以及InGaN中的任意一种；所述氮化物开口层中形成的所述第二倒锥坑结构的开口尺寸在100nm以上，分布密度为108‑
10
11
cm
‑2。6.一种氮化物基LED外延结构的制备方法，其特征在于，包括：1)在衬底上形成n型氮化物层；2)在所述n型氮化物层表面形成氮化物缓冲层，并使所述氮化物缓冲层中产生多个第一倒锥坑结构；3)在所述氮化物缓冲层表面形成氮化物限制层，所述氮化物限制层填充所述第一倒锥坑结构，并在所述氮化物限制层中形成第二倒锥坑结构；4)在...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫其昂，王国斌，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：