br> (3)在所述纳米级凹坑表面填充纳米级金属反射层；
(4)在所述纳米级金属反射层表面上外延生长量子点，作为量子阱层；
(5)外延生长第二量子皇层，覆盖于所述第一量子皇层、金属反射层和量子点之上。
[0030]下面结合附图3，对发光层多量子阱结构的生长方式做进一步说明。
[0031]在MOCVD设备中，常用的Al源和N源分别为TMAl和NH3,而In源和Ga源分别为TMIn源和TEGa源。
[0032](I)通入TEGa、順3和N 2混合气体源，生长温度为880 °C，厚度为5nm，外延生长获得第一 GaN量子皇层；再升温至1000~1200°C，优选1100°C，关闭TEGa、NHjP N 2气体源，通入H2，使得所述第一量子皇层的表面分解并腐蚀形成纳米级凹坑。
[0033](2)生长温度控制在750~900°C，优选850 °C，关闭H2為和NH 3，通入TMAl源，并通过退火处理使所述Al层状金属反射层104b完全覆盖所述纳米级凹坑，退火时间为5~50s，优选10s，形成的Al金属反射层厚度为l~10nm，优选2nm。
[0034](3)生长温度降至750°C以下，优选700°C，关闭TMAl源，通入N2、NH#P TEGa、TMIn源，从而在所述纳米级金属反射层表面上外延生长获得InGaN量子点104c，作为量子阱层。
[0035](4)先通入TEGa源，见13和N 2，控制生长方向沿三维生长，生长方法温度范围为750-900 0C，优选750 °C，压力为200~500Torr，优选300Torr，生长时间为1~5分钟，优选I分钟；再将压力降至50~300Torr，优选200Torr，生长方法温度范围为800~950°C，优选850°C，控制生长方向沿二维生长，直至依靠侧向外延，使得第二 GaN量子皇层104d覆盖于所述第一量子皇层104a、Al金属反射层104b和InGaN量子点104c之上，将所述量子点104c完全填平，利于后续外延层继续生长。
[0036](5)依上述步骤(1)~ (4)周期性生长MQW，周期数为1~50，优选8个。
[0037]通过上述制备过程，制备得到一种发光二极管的外延结构。该结构采用量子点作为发光层多量子阱结构(MQW)的量子阱层，利用量子点的量子限制效应，可有效提升电子和空穴的复合效率，即提升内量子效率(IQE);同时，在具有纳米级凹坑的量子皇层上设置纳米级金属反射层，可使MQW向下发出的光立即被反射至外延结构正面；此外，纳米级金属反射层可形成表面等离子体(suface plasmon)，可以进一步提升出光效率。
[0038]实施例2
如图4所示，与实施例1不同的是，实施例1是先在所述纳米级凹坑表面填充纳米级层状Al金属反射层104b，再在所述纳米级金属反射层104b表面上外延生长量子点104c作为量子阱层；而本实施例是在所述纳米级凹坑内填充量子点104c作为量子阱层，再在所述量子点104c表面形成纳米级Al金属反射层104b，该纳米级Al金属反射层104b可以增加发光层多量子阱结构发出的光的反射率，增加光萃取效率，如此制得的发光二极管的外延结构，适用于正装发光二极管，也可适用于垂直发光二极管和倒装发光二极管。
[0039]实施例3
如图5所示，与实施例2不同的是，实施例2中的纳米级Al金属反射层104b为层状，而本实施例形成的纳米级Al金属反射层104b为散点状。进一步地，所述散点状金属反射层通过以下工艺条件形成:
在形成层状Al金属反射层之后，再通过升温至1000~1100°C，优选1100°C，通入H2，从而将层状Al金属反射层腐蚀成散点状(纳米颗粒状)，发挥反射镜的作用和形成表面等离子体(suface plasmon)。
[0040]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。
【主权项】
1.一种发光二极管的外延结构，包括:在衬底上依次设置有第一导电类型半导体层、发光层多量子阱结构和第二导电类型半导体层，其特征在于:所述发光层多量子阱结构从下至上依次包括:具有纳米级凹坑的第一量子皇层、形成于凹坑表面的纳米级金属反射层、形成于金属反射层表面的量子点作为量子阱层，以及覆盖于所述第一量子皇层、金属反射层和量子点之上的第二量子皇层。
2.—种发光二极管的外延结构，包括:在衬底上依次设置有第一导电类型半导体层、发光层多量子阱结构和第二导电类型半导体层，其特征在于:所述发光层多量子阱结构从下至上依次包括:具有纳米级凹坑的第一量子皇层、填充于凹坑的量子点作为量子阱层、形成于量子点表面的纳米级金属反射层，以及覆盖于所述第一量子皇层、金属反射层和量子点之上的第二量子皇层。
3.根据权利要求1或2所述的一种发光二极管的外延结构，其特征在于:所述纳米级金属反射层为层状或散点状。
4.根据权利要求1或2所述的一种发光二极管的外延结构，其特征在于:所述金属反射层材料为Ag或Al或其组合。
5.根据权利要求1或2所述的一种发光二极管的外延结构，其特征在于:所述纳米级凹坑呈周期性均匀分布。
6.一种发光二极管的外延结构的制备方法，包括步骤:提供一衬底；在所述衬底上依次外延生长第一导电类型半导体层、发光层多量子阱结构和第二导电类型半导体层，其特征在于:所述发光层多量子阱结构通过以下步骤形成: 在所述第一导电类型半导体层上外延生长第一量子皇层； 在所述第一量子皇层上腐蚀形成纳米级凹坑； 在所述纳米级凹坑表面填充纳米级金属反射层； 在所述纳米级金属反射层表面上外延生长量子点，作为量子阱层； 以及外延生长第二量子皇层，覆盖于所述第一量子皇层、金属反射层和量子点之上。
7.一种发光二极管的外延结构的制备方法，包括步骤:提供一衬底；在所述衬底上依次外延生长第一导电类型半导体层、发光层多量子阱结构和第二导电类型半导体层，其特征在于:所述发光层多量子阱结构通过以下步骤形成: 在所述第一导电类型半导体层上外延生长第一量子皇层； 在所述第一量子皇层上腐蚀形成纳米级凹坑； 在所述凹坑填充量子点，作为量子阱层； 在所述量子点表面形成纳米级金属反射层； 以及外延生长第二量子皇层，覆盖于所述第一量子皇层、金属反射层和量子点之上。
8.根据权利要求6或7所述的一种发光二极管的外延结构的制备方法，其特征在于:所述第一量子皇层的形成方式为:通入TEGa、NH#P N 2混合气体源进行外延生长获得，生长温度为 800~1000°C。
9.根据权利要求6或7所述的一种发光二极管的外延结构的制备方法，其特征在于:所述第一量子皇层的纳米级凹坑的形成方式为:升温至1000~1200°C，关闭TEGa、順3和N 2气体源，通入H2，使得所述第一量子皇层的表面分解并腐蚀形成纳米级凹坑。
10.根据权利要求6或7所述的一种发光二极管的外延结构的制备方法，其特征在于:所述金属反射层的形成方式为:生长温度控制在750~900°C，关闭H2、队和NH3，通入TMAl源，并通过退火处理使所述金属反射层完全覆盖所述纳米级凹坑，所述金属反射层的厚度为 l~10nm。
11.根据权利要求6或7所述的一种发光二极管的外延结构的制备方法，其特征在于:所述量子点的形成方式为:生长温度控制在750°C以下，关闭TMAl源，通入N2、NHjPTEGa、TMIn源，在所述纳米级金属反射层表面上外延生长获得。
12.根据权利要求6或7所述的一种发光二极管的外延结构的制备方法，其特征在于:所述第二量子皇层的形成方式为:先通入TEGa源，NHjPN2，控制生长方向沿三维生长，生长方法温度范围为750~900°C，压力为200~500Torr，生长时间为1~5分钟；再将压力控制在50~300Torr，生长方法温度范围为800~950°C，控制生长方向沿二维生长，依靠侧向外延覆盖于所述第一量子皇层、金属反射层和量子点之上，将所述量子点完全填平。
【专利摘要】本发明公开了一种发光二极管的外延结构及其制作方法，采用量子点作为发光层多量子阱结构（MQW）的量子阱层，利用量子点的量子限制效应，可有效提升电子和空穴的复合效率；同时，在具有纳米级凹坑的量子垒层上设置纳米级金属反射层，可使MQW发出的光立即被反射至外延结构正面；此外，纳米级金属反射层可形成表面等离子体（suface plasmon），进一步提升出光效率。
【IPC分类】H01L33-06, H01L33-00, H01L33-10
【公开号】CN104701431
【申请号】CN201510132505
【发明人】郑锦坚, 寻飞林, 伍明跃, 郑建森, 李志明, 杜伟华, 邓和清, 周启伦, 李水清, 康俊勇
【申请人】厦门市三安光电科技有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月25日