技术摘要：
本发明提供了一种发光二极管，包括自支撑衬底层，以及所述自支撑衬底表面的n型半导体层、发光层、以及p型半导体层，所述发光层包括电子扩展层、超晶格有源区、和空穴增强层。上述结构能够提高在小电流密度下的出光效率。
背景技术：
GaN基的发光二极管(LED)因其发光层可以混合窄禁带的InGaN材料(对应长波长 光)和宽禁带的AlGaN材料(对应短波长)，从而可实现全光谱的发光，被广泛应用于照明显 示及其相关应用。附图1所示是现有技术中一种芯片尺寸的GaN基LED外延结构示意图，一般 用于100微米以上尺寸的芯片，主要由衬底、n型区、发光有源区和p型区组成。其中发光有源 区用的是In(Al)GaN的多量子阱结构(MQW)，通过调制In(Al)组分，理论上可以实现整个可 见光范围内的波长。具体的结构包括：蓝宝石等异质衬底、非掺杂GaN层、n型GaN层、前垒层 (FB)、应力释放层(SRL)、影子量子阱(SMQW)、量子阱有源区(MQW-SZ)、电子阻挡层(EBL)和p 型GaN层等。 一般在蓝宝石/硅/碳化硅等异质衬底上生长非掺杂的GaN体材料，目的是减少由 异质衬底带来的位错，为后面生长器件结构提供好的晶体质量。尽管如此，由于能生长的体 材料厚度有限，其位错密度仍然达到108cm-2量级以上。而这样的位错密度在传统芯片尺寸 下，还可以勉强满足出光效率的要求，原因是GaN系材料对位错不像其他半导体材料那么敏 感。但是，在100微米以下的Micro-LED芯片尺寸，位错密度会急剧上升1～2个数量级，此时 的缺陷密度引起的Shock-Read-Hall(SRH)非辐射复合将不容忽视。 由于异质衬底的原因，会存在很大的应力，现有外延结构在生长以多量子阱 (MQWs)为发光有源区之前，需要生长一些外延层来消除影响，像应力释放层(Strain Release Layer)和影子量子阱(Shellow Well)等。而通常的前垒层(FB)是为了开V型坑来 提高出光效率的，在100微米以下的Micro-LED芯片尺寸，这种V型坑(也即缺陷)和其带来的 不均匀性将会被放大，此时缺陷密度引起的SRH复合将占主导作用。再者，当芯片缩小到 Micro-LED尺寸时，电流密度变低，nGaN与MQW之间的那些外延层的作用将被减弱，量子阱中 的电子、空穴波函数空间分离会加剧。电子相比空穴，不论是浓度还是迁移率，都要高出1～ 2个数量级。在上述极化场效应影响下，多量子阱的有源区结构中，电子被最后一个阱捕获 的概率上升。即发光复合只在最后1个阱内发生，载流子的匹配变差，内量子效率降低。 在p型区的电子阻挡层(EBL)，除了阻挡从量子阱有源区溢出的电子外，更重要的 作用是为了填补前面的V型坑，而当尺寸减小后，更多电子被最后一个阱捕获，电子阻挡层 的效果也被减弱。 综上，微尺寸Micro-LED形成如下趋势：峰值效率向大电流密度区域偏移、同时伴 随着出光效率的急剧下降。如何避免在小电流密度注入下，峰值效率向非工作区域偏移，同 时避免出光效率急剧下降，是现有技术面临的问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种发光二极管，能够提高在小电流密度下 3 CN 111554782 A 说 明 书 2/4 页 的出光效率。 为了解决上述问题，本发明提供了一种发光二极管，包括自支撑衬底层，以及所述 自支撑衬底表面的n型半导体层、发光层、以及p型半导体层，所述发光层包括电子扩展层、 超晶格有源区、和空穴增强层。 可选的，所述超晶格有源区包括多层交替生长的发光阱层和发光垒层。包括不少 于30层彼此交替的发光阱层和发光垒层，发光阱层的单层厚度区间为2～3nm，发光垒层的 单层厚度区间为4～8nm，以形成小电流密度下的电子空穴的隧穿效应。 可选的，电子扩展层的厚度大于100nm，空穴增强层厚度小于30nm。 可选的，所述自支撑衬底为GaN自支撑衬底，所述n型半导体层、发光层、以及p型半 导体层依次为n型GaN层、发光层、以及p型GaN层，所述发光层包括Alx1Iny1GaN材料构成的电 子扩展层、InGaN材料构成的超晶格有源区、和Alx2Iny2GaN材料构成的空穴增强层；所述x1 小于y1，所述x2大于y2。 本发明还提供了一种发光二极管的制造方法，所述发光二极管包括GaN自支撑衬 底，以及GaN自支撑衬底表面的n型GaN层、发光层、以及p型GaN层；所述发光层包括 Alx1Iny1GaN材料构成的电子扩展层、InGaN材料构成的超晶格有源区、和Alx2Iny2GaN材料构 成的空穴增强层；所述x1小于y1，所述x2大于y2；所述方法包括外延生长电子扩展层与空穴 增强层的步骤，所述外延生长电子扩展层的温度大于外延生长空穴增强层的温度；所述外 延生长电子扩展层的气压小于外延生长空穴增强层的气压；所述外延生长电子扩展层的气 相物质Al组分高于In组分；所述外延生长空穴增强层的气相物质Al组分低于In组分。 可选的，所述外延生长电子扩展层的生长温度为1000-1100℃、生长气压为50-150 毫巴、气相物质中的Al组分为15-25％、In组分为5-15％；外延生长空穴增强层的生长温度 为750-850℃、生长气压为600-700毫巴、气相物质中的Al组分为0-10％、In组分为10-20％。 本发明由于同质衬底的应力小，可以简化结构层，在n型半导体层后单独引入了高 势垒的电流扩展层，目的是阻挡高迁移率的电子，提高有源区内电子排布的均匀性。超晶格 有源区可以调制应力场，在低电流密度注入下减少压电极化效应，增加电子和空穴波函数 重叠和辐射复合几率。为了增加空穴在有源区的分布，在有源区后接了空穴增强区，此区域 的势垒较低、空穴浓度极高，成为p型半导体层向有源区输送空穴的“中继站”，加强超晶格 内的隧穿效应，以提高有源区内各层空穴的有效数量和分布。。 附图说明 附图1所示是现有技术中一种芯片尺寸的GaN基LED外延结构示意图。 附图2所示是本
