[发明专利]InGaN基LED外延片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种InGaN基LED外延片及其制备方法，其中InGaN基LED外延片包括：衬底；InGaN层片，形成于所述衬底的一侧表面，其In含量在40％至90％之间，以确保所述LED外延片能够发射长波长光或近红外射线；p型金属氧化物层片，形成于所述InGaN层片的背朝所述衬底的一侧表面上，以用作对所述InGaN层片的空穴注入层。由于p型金属氧化物(特别是Cu₂O)可以容易地实现高p型导电性，实现很高的空穴迁移率，因此本发明中的p型金属氧化物层片可以有效地用作InGaN层片的空穴注入层，从而避免使用现有技术中的宽带隙低In含量的p型InGaN或纯GaN作为空穴注入层。

技术领域

本发明涉及半导体发光二极管(LED)领域，特别是涉及InGaN基LED外延片及其制备方法。

背景技术

发光二极管简称为LED(Light Emitting Diode)。由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成的半导体中，p型半导体提供空穴，而n型半导体提供电子，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用上述半导体来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。辐射出的光颜色(频率或波长)取决于半导体材料的带隙宽度，一般而言，带隙宽度越宽，辐射出的光子能量越大(频率越高)，波长越短。

InGaN现已广泛用于LED领域。而且被认为是最具发展前景的LED半导体材料之一。这是因为InGaN半导体材料的带隙宽度会随着其中In元素的融合含量而发生改变。具体地，当In含量增加时，其带隙宽度会变小，相应的辐射出的光的波长会变长。因此，通过调节InGaN中的In含量，可以改变其带隙宽度，进而确定辐射出的光的颜色。InGaN作为半导体材料的一个巨大优势是，其在III-V型半导体中具有最宽的带隙调整范围。理论上讲，通过调节InGaN中的In含量，可以将基于InGaN的LED应用扩展到红色和近红外频段，甚至扩展到1.3和1.55微米的电信频段。

最初，InGaN大多用于蓝光波段的LED。最近，人们越来越关注将基于InGaN的LED应用扩展到红色和近红外频段，甚至扩展到1.3和1.55微米的电信频段。这要求InGaN具有较高的In含量，以能够发射红光或甚至达到电信频段范围。此外，直接接触和载流子注入层需要高n和p型导电性。虽然高n型导电性是容易实现的，但是对于富In的InGaN来说高p型导电性被认为是非常困难的。原因在于非故意掺杂的富In的InGaN本身存在缺陷，一般这种缺陷会充当施主，使得具有高缺陷密度的InGaN总是高度n型导电的。因此，非故意掺杂的富In的InGaN需要通过高度有意的p型掺杂才能将其转换为p型导电，从而限制了其p型导电性。此外，存在用于富In的InGaN的本征电子表面积累层阻碍直接p型接触。

为解决上述问题，广泛使用的一种解决方案是在富In的InGaN层上引入接触/空穴注入层，以提高空穴注入效率，提高p型导电性。该接触/空穴注入层一般为宽带隙低In含量(30％)的p型InGaN或纯GaN。

然而，与宽带隙低In含量结构(蓝色或绿色LED)相比，这导致大的带偏移并且不允许降低操作电压。另外，这种宽带隙层需要在600-800℃的温度下生长到富含In的InGaN层上，以获得具有所需p型导电性的良好的晶体质量。然而，这一过程的要求的温度远远高于富含In的InGaN的分解温度(大约为500℃)。也就是说，很难在防止富含In的InGaN分解的低温范围内形成高质量的p型InGaN或纯GaN。

然而，目前还没有较好的解决方案来避免使用低含量In的(In)GaN宽带隙p型接触/空穴注入层，从而影响了高效的长波长发射基于InGaN的LED器件的发展。

发明内容

本发明的目的包括，提供一种能够发射长波长光的LED半导体。

本发明的目的还包括，避免使用宽带隙低In含量的p型InGaN或纯GaN作为空穴注入层。

另外本发明提供一种能够发射长波长光的LED半导体的制造方法。