[發明專利]一種發光二極管的外延結構及其制造方法

有效

• 申請號: 201810401642.0
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108847436B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 蘭葉;顧小云
• 申請（專利權）人: 華燦光電（浙江）有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/32;H01L33/26
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 徐立

本發明公開了一種發光二極管的外延結構及其制造方法，屬于半導體技術領域。外延結構包括藍寶石襯底以及依次層疊在藍寶石襯底上的復合結構、氮化鎵緩沖層、未摻雜氮化鎵層、N型半導體層、有源層和P型半導體層，復合結構包括(n+1)個第一子層和n個第二子層，n為正整數，(n+1)個第一子層和n個第二子層交替層疊設置；每個第一子層為氮化鋁層，每個第二子層為氧化鋁層。本發明通過在主要成分為氧化鋁的藍寶石襯底上交替層疊設置氮化鋁層和氧化鋁層，這樣晶格特點從氧化鋁到氮化鋁的過渡從一個界面分散到整個復合結構，改善晶格常數突變的影響，有效分散晶格失配產生的應力，避免應力過于集中，可以提高后續形成的有源層等的晶體質量。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種發光二極管的外延結構及其制造方法。

背景技術

發光二極管(英文：Light Emitting Diode，簡稱：LED)是一種能發光的半導體電子元件。作為高效、環保、綠色的新一代固態照明光源，LED具有低電壓、低功耗、體積小、重量輕、壽命長、可靠性高等優點。

氮化鎵(GaN)是一種寬禁帶的半導體材料，禁帶寬度約為3.4eV，可以滿足光子能量較高的藍光的產生條件，藍光可以激發熒光粉發出黃光，黃光再與藍光混合即可形成白光。因此自20世紀90年代氮化鎵基LED由日本科學家開發成功以來，LED的工藝技術不斷進度，LED的發光亮度不斷提高，LED的應用領域也越來越廣。

目前氮化鎵基LED的外延結構包括藍寶石襯底以及依次層疊在藍寶石襯底上的氮化鋁緩沖層、氮化鎵緩沖層、未摻雜氮化鎵層、N型半導體層、有源層、電子阻擋層、P型半導體層和P型接觸層。氮化鋁緩沖層、氮化鎵緩沖層和未摻雜氮化鎵層用于緩解藍寶石襯底和N型半導體層之間的晶格失配，N型半導體層提供的電子和P型半導體層提供的空穴注入有源層中進行復合發光，電子阻擋層用于阻擋電子躍遷到P型半導體層中與空穴進行非輻射復合，P型接觸層用于實現與芯片制作工藝形成的透明導電薄膜之間的歐姆接觸。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：

氮化鋁緩沖層雖然可以緩解藍寶石襯底(主要材料為氧化鋁)和氮化鎵材料之間的晶格失配，但是藍寶石的晶格常數為4.758，氮化鋁的晶格常數為3.110，藍寶石襯底和氮化鋁緩沖層之間還是存在較大的晶格失配，導致在藍寶石襯底上形成的氮化鋁緩沖層晶體質量較差，藍寶石襯底和氮化鋁緩沖層的交界面存在較大的應力，影響后續形成的有源層等的晶體質量，有源層出現漏電、位錯線產生等問題，不利于電子和空穴的復合發光，降低發光二極管的發光效率，同時會產生大密度缺陷，加速發光二極管的老化，影響發光二極管的使用壽命。

發明內容

為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種發光二極管的外延結構及其制造方法。所述技術方案如下：

一方面，本發明實施例提供了一種發光二極管的外延結構，所述外延結構包括藍寶石襯底以及依次層疊在所述藍寶石襯底上的氮化鎵緩沖層、未摻雜氮化鎵層、N型半導體層、有源層和P型半導體層，所述外延結構還包括復合結構，所述復合結構設置在所述藍寶石襯底和所述氮化鎵緩沖層之間；所述復合結構包括(n+1)個第一子層和n個第二子層，n為正整數，所述(n+1)個第一子層和所述n個第二子層交替層疊設置；每個所述第一子層為氮化鋁層，每個所述第二子層為氧化鋁層。

可選地，所述(n+1)個第一子層的厚度沿所述復合結構的層疊方向逐層增大。

可選地，所述n個第二子層的厚度沿所述復合結構的層疊方向逐層減小。

可選地，各個所述第一子層的厚度為100埃～1000埃，各個所述第二子層的厚度為100埃～500埃。

可選地，3≤n≤7。