红光LED外延结构及制备方法、红光发光二极管及制备方法技术

公开了一种红光LED外延结构及制备方法、红光发光二极管及制备方法，红光LED外延结构包括：蓝宝石衬底；位于所述蓝宝石衬底上的缓冲层；以及位于所述缓冲层上的外延层，所述外延层由下至上依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；其中，所述缓冲层包括：第一缓冲层，位于所述蓝宝石衬底上，所述第一缓冲层为磷化铝缓冲层；以及第二缓冲层，位于所述第一缓冲层和所述第一半导体层之间，所述第二缓冲层为超晶格缓冲层，包括交替堆叠的磷化铝层和磷化镓层。本发明专利技术解决了红光LED外延结构及红光发光二极管的透明衬底与外延结构的热失配和晶格失配问题，同时增加出光，提升出光效率。提升出光效率。提升出光效率。

【技术实现步骤摘要】
红光LED外延结构及制备方法、红光发光二极管及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种红光LED外延结构及制备方法、发光二极管及制备方法。

技术介绍

[0002]红光发光二极管的衬底通常为GaAs衬底，有源层通常为AlGaInP材料层。目前，常规红光发光二极管的结构有两种：第一种是采用在衬底(GaAs衬底)与有源层(AlGaInP材料层)中间增加反射层(例如布拉格反射镜)来减少衬底的吸光；第二种是采用倒装结构，将外延层键合到导电衬底或者透明衬底上，去除吸光的GaAs衬底。在第一种结构中，虽然增加了反射层，但是GaAs衬底仍然存在吸光的现象，在第二种结构中，由于采用键合等复杂工艺，经常出现外观损坏、漏电等不良现象。
[0003]透明衬底的红光发光二极管具有良好的出光效率，但基于透明衬底直接生长外延层，会产生透明衬底与AlGaInP体系的外延结构之间存在较大的热失配和晶格失配等问题，使得形成缺陷少、高质量的LED外延结构成为棘手难题。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种红光LED外延结构及制备方法、红光发光二极管及制备方法，以解决透明衬底与红光LED外延结构的热失配和晶格失配问题，同时增加出光，提升出光效率。
[0005]本专利技术第一方面提供一种红光LED外延结构，包括：
[0006]蓝宝石衬底；
[0007]位于所述蓝宝石衬底上的缓冲层；以及
[0008]位于所述缓冲层上的外延层，所述外延层由下至上依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；
[0009]其中，所述缓冲层包括：
[0010]第一缓冲层，位于所述蓝宝石衬底上，所述第一缓冲层为磷化铝缓冲层；以及
[0011]第二缓冲层，位于所述第一缓冲层和所述第一半导体层之间，所述第二缓冲层为超晶格缓冲层，包括交替堆叠的磷化铝层和磷化镓层。
[0012]优选地，所述第一缓冲层的厚度为300nm～500nm。
[0013]优选地，所述第二缓冲层中的磷化铝层与所述第一缓冲层接触，所述第二缓冲层中的磷化镓层与所述第一半导体层接触。
[0014]优选地，所述第二缓冲层包括多个周期的超晶格，周期数为100～200。
[0015]优选地，所述第二缓冲层的每个周期的超晶格中，所述磷化铝层包括1层～3层磷化铝单分子层，所述磷化镓层包括1层～3层磷化镓单分子层。
[0016]优选地，所述第二缓冲层的每个周期的超晶格中，所述磷化铝层的厚度为0.3nm～0.9nm，所述磷化镓层的厚度为0.3nm～0.9nm。
[0017]优选地，所述蓝宝石衬底上具有周期性的图形化结构。
[0018]优选地，所述图形化结构为圆锥体凸起，所述圆锥体凸起的截面的直径为0.7μm～1.3μm，所述圆锥体凸起的高度0.4μm～0.6μm，相邻的所述圆锥体凸起之间的间距为0.1μm～0.3μm。
[0019]优选地，所述缓冲层的厚度大于等于所述蓝宝石衬底上的图形化结构的高度。
[0020]优选地，所述第一半导体层为P型半导体层和N型半导体层中的一种，所述第二半导体层为P型半导体层和N型半导体层中的另一种。
[0021]优选地，所述第一半导体层由下至上依次包括第一欧姆接触层、第一电流扩展层、第一限制层以及第一空间层；所述第二半导体层由下至上依次包括第二空间层、第二限制层、第二电流扩展层和第二欧姆接触层。
[0022]优选地，所述P型半导体层中的空间层的厚度大于所述N型半导体层中的空间层的厚度。
[0023]本专利技术第二方面提供一种红光LED外延结构的制备方法，包括：
[0024]在蓝宝石衬底上形成缓冲层；
[0025]在所述缓冲层上形成外延层，所述外延层由下至上依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；
[0026]其中，所述缓冲层包括：
[0027]第一缓冲层，位于所述蓝宝石衬底上，所述第一缓冲层为磷化铝缓冲层；以及
[0028]第二缓冲层，位于所述第一缓冲层和所述第一半导体层之间，所述第二缓冲层为超晶格缓冲层，包括交替堆叠的磷化铝层和磷化镓层。
[0029]优选地，所述第一缓冲层的厚度为300nm～500nm。
[0030]优选地，所述第二缓冲层中暴露的磷化铝层与所述第一缓冲层接触，暴露的磷化镓层与所述第一半导体层接触。
[0031]优选地，所述第二缓冲层包括多个周期的超晶格，周期数为100～200。
[0032]优选地，所述第二缓冲层的每个周期的超晶格中，所述磷化铝层包括1层～3层磷化铝单分子层，所述磷化镓层包括1层～3层磷化镓单分子层。
[0033]优选地，所述第二缓冲层的每个周期的超晶格中，所述磷化铝层的厚度为0.3nm～0.9nm，所述磷化镓层的厚度为0.3nm～0.9nm。
[0034]优选地，所述蓝宝石衬底上具有周期性的图形化结构。
[0035]优选地，所述图形化结构为圆锥体凸起，所述圆锥体凸起的截面的直径为0.7μm～1.3μm，所述圆锥体凸起的高度0.4μm～0.6μm，相邻的所述圆锥体凸起之间的间距为0.1μm～0.3μm。
[0036]优选地，所述缓冲层的厚度大于等于所述蓝宝石衬底上的图形化结构的高度。
[0037]优选地，所述第一半导体层为P型半导体层和N型半导体层中的一种，所述第二半导体层为P型半导体层和N型半导体层中的另一种。
[0038]优选地，所述第一半导体层由下至上依次包括第一欧姆接触层、第一电流扩展层、第一限制层以及第一空间层；所述第二半导体层由下至上依次包括第二空间层、第二限制层、第二电流扩展层和第二欧姆接触层。
[0039]优选地，所述P型半导体层中的空间层的厚度大于所述N型半导体层中的空间层的
厚度。
[0040]本专利技术第三方面提供一种红光发光二极管，包括：
[0041]上述的红光LED外延结构，所述外延层中具有台阶，所述台阶的上台阶面为所述第二半导体层，所述台阶的下台阶面为所述第一半导体层；
[0042]绝缘层，覆盖所述外延层，所述绝缘层中具有第一开口和第二开口，所述第一开口暴露出所述第一半导体层的表面，所述第二开口暴露出所述第二半导体层的表面；
[0043]第一电极，位于所述绝缘层上，通过所述第一开口与所述第一半导体层电连接；以及
[0044]第二电极，位于所述绝缘层上，通过所述第二开口与所述第二半导体层电连接。
[0045]本专利技术第四方面提供一种红光发光二极管的制备方法，包括：
[0046]根据上述的方法形成红光LED外延结构；
[0047]对所述外延层进行刻蚀，在外延层中形成台阶，所述台阶从所述外延层的表面向着所述蓝宝石衬底的方向延伸，暴露出所述第一半导体层，所述台阶的上台阶面为所述第二半导体层，所述台阶的下台阶面为所述第一半导体层；
[0048]在所述外延层上形成绝缘层，在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红光LED外延结构，包括：蓝宝石衬底；位于所述蓝宝石衬底上的缓冲层；以及位于所述缓冲层上的外延层，所述外延层由下至上依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；其中，所述缓冲层包括：第一缓冲层，位于所述蓝宝石衬底上，所述第一缓冲层为磷化铝缓冲层；以及第二缓冲层，位于所述第一缓冲层和所述第一半导体层之间，所述第二缓冲层为超晶格缓冲层，包括交替堆叠的磷化铝层和磷化镓层。2.根据权利要求1所述的红光LED外延结构，其中，所述第一缓冲层的厚度为300nm～500nm。3.根据权利要求1所述的红光LED外延结构，其中，所述第二缓冲层中的磷化铝层与所述第一缓冲层接触，所述第二缓冲层中的磷化镓层与所述第一半导体层接触。4.根据权利要求1所述的红光LED外延结构，其中，所述第二缓冲层包括多个周期的超晶格，周期数为100～200。5.根据权利要求4所述的红光LED外延结构，其中，所述第二缓冲层的每个周期的超晶格中，所述磷化铝层包括1层～3层磷化铝单分子层，所述磷化镓层包括1层～3层磷化镓单分子层。6.根据权利要求4所述的红光LED外延结构，其中，所述第二缓冲层的每个周期的超晶格中，所述磷化铝层的厚度为0.3nm～0.9nm，所述磷化镓层的厚度为0.3nm～0.9nm。7.根据权利要求1所述的红光LED外延结构，其中，所述蓝宝石衬底上具有周期性的图形化结构。8.根据权利要求7所述的红光LED外延结构，其中，所述图形化结构为圆锥体凸起，所述圆锥体凸起的截面的直径为0.7μm～1.3μm，所述圆锥体凸起的高度0.4μm～0.6μm，相邻的所述圆锥体凸起之间的间距为0.1μm～0.3μm。9.根据权利要求7所述的红光LED外延结构，其中，所述缓冲层的厚度大于等于所述蓝宝石衬底上的图形化结构的高度。10.根据权利要求1所述的红光LED外延结构，其中，所述第一半导体层为P型半导体层和N型半导体层中的一种，所述第二半导体层为P型半导体层和N型半导体层中的另一种。11.根据权利要求10所述的红光LED外延结构，其中，所述第一半导体层由下至上依次包括第一欧姆接触层、第一电流扩展层、第一限制层以及第一空间层；所述第二半导体层由下至上依次包括第二空间层、第二限制层、第二电流扩展层和第二欧姆接触层。12.根据权利要求11所述的红光LED外延结构，其中，所述P型半导体层中的空间层的厚度大于所述N型半导体层中的空间层的厚度。13.一种红光LED外延结构的制备方法，包括：在蓝宝石衬底上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成外延层，所述外延层由下至上依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；其中，所述缓冲层包括：
第一缓冲层，位于所述蓝宝石衬底上，所述第一缓冲层为磷化铝缓冲层；以及第二缓冲层，位于所述第一缓冲层和所述第一半导体层之间，所述第二缓冲层为超晶格缓冲层，包括交替堆叠的磷化铝层和磷化镓层。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一缓冲层的厚度为300nm～500nm。15.根据权利要求13所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李森林，毕京锋，王亚宏，廖寅生，薛龙，赖玉财，谢岚驰，
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：