一种发光效率高的LED外延结构的制作方法

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其是一种发光效率高的LED外延结构。

背景技术：

采用MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长的GaN基LED外延结构，由于存在较大的晶格失配，因此在外延生长过程中容易产生较多的缺陷；参照图1，其中一种常见的缺陷为V型缺陷，该缺陷贯穿于整个LED外延结构，产生的原因是：传统的LED外延结构在生长完N型GaN层之后就开始生长有源层，由于从生长衬底到N型GaN层的这一过程会积累大量应力，于是在生长有源层时释放应力，产生了V型缺陷，而相邻的N型GaN层结构限制了V型缺陷在该层方向上的延伸，即限制了V型缺陷的延伸角度，导致其开角θ偏小。

实际上，引入V型缺陷的层在侧壁方向a和竖直方向c上都会生长，技术人员一般希望在侧壁方向a上的生长强于在竖直方向c上的生长，这是因为在侧壁方向a上的生长更加有效，而V型缺陷的特点是：开角θ较小，因此在侧壁方向a上生长慢，造成在侧壁方向a上的厚度小，串联电阻小，电子更容易通过侧壁方向a，从而使局部电流增大，电子大量溢出，这大大降低了LED的发光效率。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种发光效率高的LED外延结构，在N型GaN层和有源层之间设置了一层V型开角层，使V型缺陷在V型开角层所在的方向上延伸，能够增大开角，从而在侧壁方向上生长更快，降低了局部电流，能够有效的拦截电子，抑制电子溢出，提高LED的发光效率。

本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：

一种发光效率高的LED外延结构，包括衬底以及层叠在衬底上的缓冲层、未掺杂Si的U型GaN层、掺杂Si的N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层，还包括层叠在N型GaN层和有源层之间的V型开角层，V型开角层为由掺In的In_xGa_1-xN层和掺Ga杂质层间隔交替形成的超晶格层，其中0<X<1，超晶格层的层数不小于3，V型开角层的厚度小于500nm。

优选地，超晶格层的层数为3-8。

优选地，V型开角层的厚度为150-500nm。

优选地，衬底为蓝宝石、AlN、SiC和GaN中的一种，衬底的表面结构为平面或刻有图形的延伸面。

进一步，缓冲层、U型GaN层和N型GaN层的厚度均为1-2μm。

进一步，有源层的厚度为100-200nm，电子阻挡层的厚度为30-80nm，P型GaN层的厚度为40-90nm。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种发光效率高的LED外延结构，包括层叠在N型GaN层和有源层之间的V型开角层，In_xGa_1-xN层和掺Ga杂质层相互间隔交替的超晶格结构设计能够提升外延晶体的亮度，满足超晶格层的层数不小于3以及V型开角层的厚度小于500nm的条件，则V型缺陷能够更好地朝着V型开角层的方向延伸，从而能够增大开角；因此，本实用新型在N型GaN层和有源层之间设置了一层V型开角层，使V型缺陷在V型开角层所在的方向上延伸，能够增大开角，从而在侧壁方向上生长更快，降低了局部电流，能够有效的拦截电子，抑制电子溢出，提高LED的发光效率。

附图说明

下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的实施方案。

图1是传统LED外延结构的示意图；

图2是本实用新型的LED外延结构的示意图；

图3是V型开角层的结构示意图。

具体实施方式

参照图2和图3，一种发光效率高的LED外延结构，包括衬底200以及层叠在衬底200上的缓冲层201、未掺杂Si的U型GaN层202、掺杂Si的N型GaN层203、有源层205、电子阻挡层206和P型GaN层207，还包括层叠在N型GaN层203和有源层205之间的V型开角层204，V型开角层204为由掺In的In_xGa_1-xN层2041和掺Ga杂质层2042间隔交替形成的超晶格层，其中0<X<1，超晶格层的层数不小于3，V型开角层204的厚度小于500nm；在本实施例中，掺Ga杂质层2042采用的是GaN层，可以是U型GaN层202、N型GaN层203和P型GaN层207中的一种，In_xGa_1-xN层2041和掺Ga杂质层2042相互间隔交替的超晶格结构设计能够提升外延晶体的亮度，而满足超晶格层的层数不小于3以及V型开角层204的厚度小于500nm的条件，V型缺陷能够更好地朝着V型开角层204的方向延伸，从而能够增大开角，反之，若超晶格层的层数低于3层，应力释放一般不够充分，会影响V型缺陷的延伸，若V型开角层204的厚度超过500nm，则引进的V型缺陷过多，会产生漏电；因此，本实用新型在N型GaN层203和有源层205之间设置了一层V型开角层204，使V型缺陷在V型开角层204所在的方向上延伸，能够增大开角θ，从而弱化了在竖直方向c上的生长，相反的在侧壁方向a上生长更快，引入V型缺陷的层在侧壁方向a上的厚度大，形成高串联电阻，降低了局部电流，电子不容易通过侧壁方向a，能够有效的拦截电子，抑制电子溢出，提高LED的发光效率。

其中，发明人经过实践总结得到：当超晶格层的层数为3-8时，应力释放得较为充分，V型缺陷的延伸较为顺利，有利于增大开角θ；V型开角层204的厚度应为150-500nm，一般来说厚度不应低于150nm，否则生长速率较为缓慢，以至于应力释放不够充分，引进的V型缺陷不能被合理的应用，难以达到使开角θ增大的目的。

其中，衬底200为蓝宝石、AlN、SiC和GaN中的一种，衬底200的表面结构为平面或刻有图形的延伸面，工业上一般采用Metal Organic ChemicalVapor Deposition技术来进行LED的外延结构生长，即金属有机化合物化学气相沉淀法，简称MOCVD，衬底200的厚度大约为200-1000μm，表面结构为平面或刻有图形的延伸面的衬底200可以分别适配不同结构的中间缓冲层，中间缓冲层最终沉聚为缓冲层201。

其中，缓冲层201、U型GaN层202和N型GaN层203的厚度均为1-2μm，有源层205的厚度为100-200nm，电子阻挡层206的厚度为30-80nm，P型GaN层207的厚度为40-90nm。

以上内容对本实用新型的较佳实施例和基本原理作了详细论述，但本实用新型并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员应该了解在不违背本实用新型精神的前提下还会有各种等同变形和替换，这些等同变形和替换都落入要求保护的本实用新型范围内。