LED外延结构及其制备方法、LED芯片及其制备方法技术

公开了一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片及其制备方法，所述LED外延结构包括：衬底；位于所述衬底上的N型半导体层；位于所述N型半导体层上的多量子阱；以及位于所述多量子阱上的P型半导体层；其中，所述P型半导体层包括P型过渡层、P型窗口层以及位于二者之间的中间层，所述中间层的晶格常数与所述P型窗口层和所述P型过渡层的晶格常数相匹配。本发明专利技术提供的LED外延结构及LED芯片，在P型过渡层与P型窗口层之间引入中间层，中间层为多层渐变式结构，实现P型过渡层与P型窗口层之间的晶格常数逐渐改变，以减少突变式结构生长过程中的缺陷，改善晶体质量。改善晶体质量。改善晶体质量。

【技术实现步骤摘要】
LED外延结构及其制备方法、LED芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。由于其具有结构简单、重量轻、无污染等优点，已广泛应用于汽车照明、装饰照明、军用照明、通信、打印等多个领域，被称为环保、节能的绿色照明光源，蕴藏了巨大的商机。
[0003]以砷化镓(GaAs)为代表的
Ⅲ‑Ⅴ
族化合物半导体由于具有发光效率高、电子饱和漂移速度高、化学性质稳定等特点，在高亮发光二极管、激光器等光电子领域有着巨大的应用潜力，因此被广泛应用于发光二极管的外延生长。
[0004]合理的调控LED外延生长对提高LED发光效率起着重要的作用。关于发光效率的提升，改善方法很多，例如：生长GaP材料作为窗口层，以提高电流扩展能力。但是，由于GaP和衬底之间的晶格存在失配，在生长时会产生缺陷影响结晶质量。具体的，当外延层与衬底之间存在着大的晶格失配，衬底的表面的自由能小于外延层的表面与界面能之和的时候，衬底与外延层之间的键能不是很高，在衬底的表面不能形成浸润层，进而造成了三维岛的形成，继续生长后三维岛不断的扩大变为柱状岛，最后形成表面粗糙的连续膜。这些问题严重制约着LED芯片性能的提升。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片及其制备方法，在P型过渡层与P型窗口层之间引入中间层，实现P型过渡层与P型窗口层之间的晶格常数逐渐改变，以减少突变式结构生长过程中的缺陷，改善晶体质量。
[0006]本专利技术的第一方面提供一种LED外延结构，包括：
[0007]衬底；
[0008]位于所述衬底上的N型半导体层；
[0009]位于所述N型半导体层上的多量子阱层；以及
[0010]位于所述多量子阱层上的P型半导体层；
[0011]其中，所述P型半导体层从下到上依次包括P型过渡层、P型窗口层以及位于二者之间的中间层，所述中间层的晶格常数与所述P型窗口层和所述P型过渡层的晶格常数相匹配。
[0012]优选地，所述中间层为多层Ga组分渐变的Ga
x
In1‑
x
P层，且0.5≤x≤1。
[0013]优选地，多层所述中间层的厚度从所述P型过渡层到所述P型窗口层的方向递减。
[0014]优选地，从所述P型过渡层到所述P型窗口层的方向上，多层所述中间层中每层的Ga组分x渐变增加。
[0015]优选地，从所述P型过渡层到所述P型窗口层的方向，所述中间层依次包括第一中间层、第二中间层、第三中间层、第四中间层以及第五中间层。
[0016]优选地，所述第一中间层中Ga的组分为x＝0.5；
[0017]所述第二中间层中Ga的组分为x＝0.65；
[0018]所述第三中间层中Ga的组分为x＝0.75；
[0019]所述第四中间层中Ga的组分为x＝0.85；
[0020]所述第五中间层中Ga的组分为x＝0.95。
[0021]优选地，所述第一中间层的厚度为30～40nm；
[0022]所述第二中间层的厚度为20～30nm；
[0023]所述第三中间层的厚度为10～20nm；
[0024]所述第四中间层的厚度为10～20nm；
[0025]所述第五中间层的厚度为10～15nm。
[0026]优选地，所述P型窗口层为层叠结构，包括层叠的第一P型窗口结构层以及位于所述第一P型窗口结构层上的第二P型窗口结构层，其中，所述第一P型窗口结构层经过退火处理。
[0027]优选地，生长所述第一P型窗口结构层以及所述第二P型窗口结构层的V族源与Ⅲ族源的摩尔量之比不同。
[0028]优选地，生长所述第一P型窗口结构层的V族源与Ⅲ族源的摩尔量之比为40～50。
[0029]优选地，生长所述第二P型窗口结构层的V族源与Ⅲ族源的摩尔量之比为50～80。
[0030]优选地，生长所述第一P型窗口结构层以及所述第二P型窗口结构层的温度不同。
[0031]优选地，生长所述第一P型窗口结构层的温度为500～600℃。
[0032]优选地，生长所述第二P型窗口结构层的温度为800～850℃。
[0033]优选地，所述第一P型窗口结构层的厚度为20～50nm。
[0034]优选地，所述第一P型窗口结构层的退火温度为950～1000℃。
[0035]优选地，所述P型半导体层还包括：
[0036]P型波导层，位于所述多量子阱层上；
[0037]P型限制层，位于所述P型波导层上；
[0038]所述P型过渡层、所述中间层和所述P型窗口层位于所述P型限制层上；
[0039]P型欧姆接触层，位于所述P型窗口层上；
[0040]所述N型半导体层包括：
[0041]N型欧姆接触层，位于所述衬底上；
[0042]N型缓冲层，位于所述N型欧姆接触层上；
[0043]N型窗口层，位于所述N型缓冲上；
[0044]N型限制层，位于所述N型窗口层上；以及
[0045]N型波导层，位于所述N型限制层上。
[0046]优选地，所述外延结构还包括缓冲层以及腐蚀截止层，所述缓冲层和所述腐蚀截止层位于所述衬底与所述N型半导体层之间。
[0047]本方面的第二方面提供一种LED外延结构的制备方法，包括：
[0048]在衬底上依次形成N型半导体层、多量子阱层以及P型半导体层；
[0049]其中，形成所述P型半导体层的方法包括：依次形成P型过渡层、中间层以及P型窗口层；
[0050]所述中间层的晶格常数与所述P型窗口层和所述P型过渡层的晶格常数相匹配。
[0051]优选地，所述中间层为多层Ga组分渐变的Ga
x
In1‑
x
P层，且0.5≤x≤1。
[0052]优选地，多层所述中间层的厚度从所述P型过渡层到所述P型窗口层的方向递减。
[0053]优选地，从所述P型过渡层到所述P型窗口层的方向上，多层所述中间层中每层的Ga组分x渐变增加。
[0054]优选地，从所述P型过渡层到所述P型窗口层的方向，所述中间层依次包括第一中间层、第二中间层、第三中间层、第四中间层以及第五中间层。
[0055]优选地，所述第一中间层中Ga的组分为x＝0.5；
[0056]所述第二中间层中Ga的组分为x＝0.65；
[0057]所述第三中间层中Ga的组分为x＝0.75；
[0058]所述第四中间层中Ga的组分为x＝0.85；
[0059]所述第五中间层中Ga的组分为x＝0.95。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LED外延结构，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上的N型半导体层；位于所述N型半导体层上的多量子阱层；以及位于所述多量子阱层上的P型半导体层；其中，所述P型半导体层从下到上依次包括P型过渡层、P型窗口层以及位于二者之间的中间层，所述中间层的晶格常数与所述P型窗口层和所述P型过渡层的晶格常数相匹配。2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述中间层为多层Ga组分渐变的Ga
x
In1‑
x
P层，且0.5≤x≤1。3.根据权利要求2所述的LED外延结构，其特征在于，多层所述中间层的厚度从所述P型过渡层到所述P型窗口层的方向递减。4.根据权利要求2所述的LED外延结构，其特征在于，从所述P型过渡层到所述P型窗口层的方向上，多层所述中间层中每层的Ga组分x渐变增加。5.根据权利要求2所述的LED外延结构，其特征在于，从所述P型过渡层到所述P型窗口层的方向，所述中间层依次包括第一中间层、第二中间层、第三中间层、第四中间层以及第五中间层。6.根据权利要求5所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一中间层中Ga的组分为x＝0.5；所述第二中间层中Ga的组分为x＝0.65；所述第三中间层中Ga的组分为x＝0.75；所述第四中间层中Ga的组分为x＝0.85；所述第五中间层中Ga的组分为x＝0.95。7.根据权利要求5所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一中间层的厚度为30～40nm；所述第二中间层的厚度为20～30nm；所述第三中间层的厚度为10～20nm；所述第四中间层的厚度为10～20nm；所述第五中间层的厚度为10～15nm。8.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述P型窗口层为层叠结构，包括层叠的第一P型窗口结构层以及位于所述第一P型窗口结构层上的第二P型窗口结构层，其中，所述第一P型窗口结构层经过退火处理。9.根据权利要求8所述的LED外延结构，其特征在于，生长所述第一P型窗口结构层以及所述第二P型窗口结构层的V族源与Ⅲ族源的摩尔量之比不同。10.根据权利要求9所述的LED外延结构，其特征在于，生长所述第一P型窗口结构层的V族源与Ⅲ族源的摩尔量之比为40～50。11.根据权利要求9所述的LED外延结构，其特征在于，生长所述第二P型窗口结构层的V族源与Ⅲ族源的摩尔量之比为50～80。12.根据权利要求8所述的LED外延结构，其特征在于，生长所述第一P型窗口结构层以及所述第二P型窗口结构层的温度不同。
13.根据权利要求12所述的LED外延结构，其特征在于，生长所述第一P型窗口结构层的温度为500～600℃。14.根据权利要求12所述的LED外延结构，其特征在于，生长所述第二P型窗口结构层的温度为800～850℃。15.根据权利要求8所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一P型窗口结构层的厚度为20～50nm。16.根据权利要求8所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一P型窗口结构层的退火温度为950～1000℃。17.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述P型半导体层还包括：P型波导层，位于所述多量子阱层上；P型限制层，位于所述P型波导层上；所述P型过渡层、所述中间层和所述P型窗口层位于所述P型限制层上；P型欧姆接触层，位于所述P型窗口层上；所述N型半导体层包括：N型欧姆接触层，位于所述衬底上；N型缓冲层，位于所述N型欧姆接触层上；N型窗口层，位于所述N型缓冲上；N型限制层，位于所述N型窗口层上；以及N型波导层，位于所述N型限制层上。18.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述外延结构还包括缓冲层以及腐蚀截止层，所述缓冲层和所述腐蚀截止层位于所述衬底与所述N型半导体层之间。19.一种LED外延结构的制备方法，其特征在于，包括：在衬底上依次形成N型半导体层、多量子阱层以及P型半导体层；其中，形成所述P型半导体层的方法包括：依次形成P型过渡层、中间层以及P型窗口层；所述中间层的晶格常数与所述P型窗口层和所述P型过渡层的晶格常数相匹配。20.根据权利要求19所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述中间层为多层Ga组分渐变的Ga
x
In1‑
x
P层，且0.5≤x≤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛龙，李森林，杨美佳，毕京锋，
申请(专利权)人：厦门士兰明镓化合物半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：