超晶格5形成于第一导电类型半导体层上，采用重复地交替堆叠InGaN层和GaN层大约15次至大约25次。在超晶格5中插入三层颗粒介质层6 (6A、6B、6C)，该颗粒介质层用于在所述超晶格中形成V型坑。颗粒介质层材质为为氮化镁(MgxNy)或氮化硅(SixNy)或氧化硅(SixOy)或氧化钛(TixOy)或氧化锆(ZrxOy)或氧化铪(HfxOy)或氧化钽(TaxOy)或其组合，本实施例优选氮化硅(SixNy)，粒径为0.5~5nm，V型坑深度H (如H6a)取决于超晶格总厚Tl、多量子阱层总厚T2及颗粒介质层在超晶格层中的位置，并满足T2〈H〈T1+T2 ;氮化硅颗粒介质层的密度为与V型坑密度基本对应，密度介于I X 107cm 2至I X 10 9cm 2。
[0035]多量子阱层7，填充V型坑并位于超晶格5顶表面上，多量子阱层可以选择包括InxAlyGa1 x yN (O ^ x ^ 1,0 ^ y ^ 1,0 ( x+y ( I)组成式的半导体材料，通过交替地堆叠多个阱层和多个势皇层形成，交替堆叠次数优选4~20次。
[0036]电子阻挡层8、P_GaN层9以及接触层10构成第二导电类型半导体层，依次形成于多量子阱层7上。
[0037]请参照图3，QW-6A、QW-6B和QW-6C分别表示三种深度V型坑在MQW中的主要位置空穴注入浓度，6A为最深一层V型坑，空穴通过该层V型坑注入到MQW中时，空穴注入分布在最下面的QW ;6B为中间一层V型坑，空穴通过该层V型坑注入到MQW中时，空穴注入主要分布至中间的QW ;6C为最浅一层V型坑，空穴通过该层V型坑注入到MQW中时，空穴注入主要分布至最上面的QW。本发明通过对6A、6B和6C各层V型坑的大小、深度和密度调控，改善LED中空穴在MQW中的空间分布和空穴注入浓度，提高所有QW对空穴的注入效率及LED的发光效率。
[0038]实施例2
请参照图1和图2，本实施例提供一种LED外延结构制作方法，包括以下工艺步骤: (I)提供一衬底1，衬底可以选用蓝宝石(Al2O3)' SiC、GaAs、GaN、ZnO、S1、GaP、InP以及Ge中的至少一种，优选图形化蓝宝石衬底(PSS)。
[0039](2)在衬底I上外延生长缓冲层2，优选InAlGaN半导体材料，外延生长方法可以选用MOCVD (金属有机化学气相沉积)方法、CVD (化学气相沉积)方法、PECVD (等离子体增强化学气相沉积)方法、MBE (分子束外延)方法、HVPE (氢化物气相外延)方法，优选M0CVD，但实施例不限于此。
[0040](3)在缓冲层2上依次外延生长U-GaN层3和N-GaN层4，构成第一导电类型半导体层。
[0041](4)在第一导电类型半导体层上继续外延生长超晶格5，生长温度控制在700-900 0C，采用重复地交替堆叠InGaN层和GaN层大约15次至25次。在超晶格5中插入3层氮化娃(SixNy)颗粒介质层6 (6A、6B、6C)，由于超晶格的生长温度较低，侧向外延能力较弱，容易自外延表面于颗粒介质层处形成不同大小和深度的V型坑。本实施例优选颗粒介质层的粒径为0.5~5nm，V型坑的宽度介于50至500nm，V型坑深度H取决于超晶格总厚Tl、多量子阱层总厚T2及颗粒介质层在超晶格层中的位置，并满足T2〈H〈T1+T2 ;颗粒介质层密度与V型坑密度基本对应，密度介于I X 107cm 2至I X 10 9Cm 2。其中3层颗粒介质层的生长顺序依次为:6A、6B及6C。V型坑的大小、深度和密度需要与芯片设计和工作电流搭配设计优化，根据理论推算并参照实验结果，本实施例优选3种V型坑的深度关系为:6A>6B>6C ;深度关系为:6A>6B>6C ;密度关系为:6B>6C>6A。
[0042](5)在V型坑以及超晶格顶表面5上外延生长多量子阱层7，多量子阱层材料选用InxAlyGa1 xyN(O彡x彡1，O彡y彡1，O彡x+y彡I)，通过交替地堆叠多个阱层和多个势皇层形成，交替堆叠次数优选4~20次。
[0043](6)在多量子阱层7上继续外延生长电子阻挡层8、P-GaN层9以及接触层10构成第二导电类型半导体层。
[0044]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种LED外延结构，从下至上依次包括:衬底、第一导电类型半导体层、超晶格、多量子阱层以及第二导电类型半导体层，其特征在于:在所述超晶格中至少插入一层颗粒介质层，所述颗粒介质层用于在所述超晶格中形成不同宽度和深度的V型坑，多量子阱层填充所述V型坑并位于超晶格顶表面上。2.根据权利要求1所述的一种LED外延结构，其特征在于:所述颗粒介质层的粒径为0.5~5nm,所述V型坑的宽度为50~500nm。3.根据权利要求1所述的一种LED外延结构，其特征在于:所述V型坑深度H取决于超晶格总厚Tl、多量子阱层总厚T2及颗粒介质层在超晶格层中的位置，并满足T2〈H〈T1+T2。4.根据权利要求1所述的一种LED外延结构，其特征在于:所述颗粒介质层密度与V型坑密度基本对应，V型坑密度介于I X 107cm 2至I X 10 9cm 2。5.—种LED外延结构的制作方法，包括以下工艺步骤: (1)提供一衬底； (2)在所述衬底上生长第一导电类型半导体层； (3)在所述第一导电类型半导体层上生长超晶格，在超晶格生长过程中至少插入一层颗粒介质层，所述颗粒介质层用于在所述超晶格中形成不同宽度和深度的V型坑； (4)在所述V型坑及所述超晶格顶表面上生长多量子阱层； (5)在所述多量子阱层上生长第二导电类型半导体层。6.根据权利要求5所述的一种LED外延结构的制作方法，其特征在于:所述颗粒介质层的粒径为0.5~5nm，所述V型坑的宽度为50~500nm。7.根据权利要求5所述的一种LED外延结构的制作方法，其特征在于:所述V型坑深度H取决于超晶格总厚Tl、多量子阱层总厚T2及颗粒介质层在超晶格层中的位置，并满足T2〈H〈T1+T2。8.根据权利要求5所述的一种LED外延结构的制作方法，其特征在于:所述颗粒介质层密度与V型坑密度基本对应，密度介于I X 107cm 2至I X 10 9cm 2。9.根据权利要求5所述的一种LED外延结构的制作方法，其特征在于:所述颗粒介质层材质为氮化镁(MgxNy)或氮化硅(SixNy)或氧化硅(SixOy)或氧化钛(TixOy)或氧化锆(ZrxOy)或氧化铪(HfxOy)或氧化钽(TaxOy)或其组合。10.根据权利要求5所述的一种LED外延结构的制作方法，其特征在于:所述超晶格的生长温度为700~900°C。11.根据权利要求5所述的一种LED外延结构的制作方法，其特征在于:所述步骤(3)中，在超晶格生长过程中至少插入一层颗粒介质层，由于超晶格的生长温度较低，侧向外延能力较弱，容易自外延表面于颗粒介质层处形成V型坑。
【专利摘要】本发明提供一种LED外延结构及制作方法，从下至上依次包括：衬底、第一导电类型半导体层、超晶格、多量子阱层以及第二导电类型半导体层，其特征在于：在所述超晶格中至少插入一层颗粒介质层，所述颗粒介质层用于在所述超晶格中形成不同宽度和深度的V型坑，多量子阱层填充所述V型坑并位于超晶格顶表面上。
【IPC分类】H01L33/06, H01L33/22, H01L33/00
【公开号】CN105226149
【申请号】CN201510727669
【发明人】张洁, 冯向旭, 杜成孝, 刘建明, 徐宸科
【申请人】厦门市三安光电科技有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年11月2日