一種led外延結(jié)構(gòu)及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域，尤其涉及一種LED外延結(jié)構(gòu)及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(英文為L(zhǎng)ight Emitting D1de，簡(jiǎn)稱LED)是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，其利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光材料，可以直接將電轉(zhuǎn)換為光。目前商用的LED的典型結(jié)構(gòu)，一般包括緩沖層、非摻雜氮化鎵、N型氮化鎵、低溫氮化鎵或者低溫銦鎵氮/氮化鎵超晶格、量子阱、P型鋁鎵氮、P型氮化鎵以及高摻的P型氮化鎵；低溫氮化鎵或者低溫銦鎵氮/氮化鎵超晶格(SLs) —般作為應(yīng)力釋放層，而且是通過(guò)開(kāi)出一些“V”型缺陷來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力釋放。應(yīng)力釋放層對(duì)LED整體性能的而發(fā)揮至關(guān)重要，會(huì)影響LED的電壓、亮度以及Droop特性。通常做法是通過(guò)加厚低溫層，具有放大“V”型缺陷(v-pits)的效果，但會(huì)帶來(lái)較多其它電性問(wèn)題，比如寄生電容、ESD、VF偏低等，因此有必要開(kāi)發(fā)出一種在不過(guò)分加厚應(yīng)力釋放層的前提下，提高其應(yīng)力釋放能力的結(jié)構(gòu)及制作方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于:提供一種LED外延結(jié)構(gòu)及制作方法，通過(guò)在應(yīng)力釋放層中插入一低溫低A1組分的AlxGai XN層，X取值范圍為0.1%彡X彡1%，或是采用InGaN、GaN、AlGaN組成的超晶格層作為應(yīng)力釋放層，從而改善述應(yīng)力釋放層的應(yīng)力釋放能力，改善電壓及Droop效應(yīng)并提升亮度。
[0004]本發(fā)明的第一方面，提供一種LED外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)從下至上依次包括:襯底、第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、應(yīng)力釋放層、量子阱層以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，其特征在于:在所述應(yīng)力釋放層中插入一低A1組分的AlxGai…層，其中X取值范圍為0.1%<χ< 1%。
[0005]優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括N-GaN層，或者包括U_GaN層及N_GaN層。
[0006]優(yōu)選地，所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括P-GaN層，或者包括電子阻擋層以及P-GaN層，或者包括電子阻擋層、P-GaN層以及接觸層。
[0007]優(yōu)選地，所述應(yīng)力釋放層為GaN層或InGaN/GaN超晶格層。
[0008]優(yōu)選地，所述InGaN/GaN超晶格層的周期數(shù)為10~30個(gè)。
[0009]優(yōu)選地，所述低A1組分的AlxGai XN層的厚度為20~50nm。
[0010]本發(fā)明的第二方面，還提供一種LED外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)從下至上依次包括:襯底、第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、應(yīng)力釋放層、量子阱層以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，其特征在于:所述應(yīng)力釋放層為InGaN、GaN、AlGaN組成的超晶格層。
[0011]優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括N-GaN層，或者包括U_GaN層及N_GaN層。
[0012]優(yōu)選地，所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括P-GaN層，或者包括電子阻擋層以及P-GaN層，或者包括電子阻擋層、P-GaN層以及接觸層。
[0013]優(yōu)選地，所述InGaN、GaN, AlGaN組成的超晶格層的周期數(shù)為10~30個(gè)。
[0014]優(yōu)選地，所述每個(gè)周期超晶格層中AlGaN層的厚度為l~3nm。
[0015]本發(fā)明的第三方面，再提供一種LED外延結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下工藝步驟:
(1)提供一襯底；
(2)在所述襯底上生長(zhǎng)第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；
(3)在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層；
(4)在所述應(yīng)力釋放層上生長(zhǎng)量子阱層；
(5)在所述量子阱層上生長(zhǎng)第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；
其特征在于:在所述應(yīng)力釋放層生長(zhǎng)中插入生長(zhǎng)一低A1組分的AlxGai…層(0.1%彡X彡1%)，生長(zhǎng)溫度為700-750°C。
[0016]優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括N-GaN層，或者包括U_GaN層及N_GaN層。
[0017]優(yōu)選地，所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括P-GaN層，或者包括電子阻擋層以及P-GaN層，或者包括電子阻擋層、P-GaN層以及接觸層。
[0018]優(yōu)選地，所述應(yīng)力釋放層為GaN層或InGaN/GaN超晶格層。
[0019]本發(fā)明的第四方面，又提供一種LED外延結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下工藝步驟:
(1)提供一襯底；
(2)在所述襯底上生長(zhǎng)第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；
(3)在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層；
(4)在所述應(yīng)力釋放層上生長(zhǎng)量子阱層；
(5)在所述量子阱層上生長(zhǎng)第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；
其特征在于:所述應(yīng)力釋放層為InGaN、GaN, AlGaN組成的超晶格層，生長(zhǎng)溫度為700?750。。。
[0020]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)多數(shù)采用GaN或者InGaN來(lái)做低溫應(yīng)力釋放層，然而這兩種材料的應(yīng)力釋放能力比較有限，且二者材料還會(huì)吸光，本發(fā)明引入AlGaN插入層正是為了更進(jìn)一步地提升該低溫層的應(yīng)力釋放能力，利用AlGaN低溫插入層具有更顯著的開(kāi)“V”型缺陷的能力，外延結(jié)構(gòu)獲得的“V”型缺陷越大，空穴注入效果越好，改善電壓及Droop效應(yīng)，提升亮度。
【附圖說(shuō)明】
[0021]附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0022]圖中標(biāo)示:11,21,31,41:襯底;12，22，32，42:緩沖層；13，23，33，43:U_GaN 層(未摻雜或非故意摻雜GaN層);14，24，34，44:N_GaN層;15，25，35，45:應(yīng)力釋放層；151，251，351,451:AlGaN 層(插入層)；16，26，36，46:量子阱層；17，27，37，47:電子阻擋層；18，28，38，48:P-GaN Μ ; 19，29，39，49:接觸層。
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1、2制作的LED外延結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例3制作的LED外延結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例4制作的LED外延結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明實(shí)施例5制作的LED外延結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，在進(jìn)一步介紹本發(fā)明之前，應(yīng)當(dāng)理解，由于可以對(duì)特定的實(shí)施例進(jìn)行改造，因此，本發(fā)明并不限于下述的特定實(shí)施例。還應(yīng)當(dāng)理解，由于本發(fā)明的范圍只由所附權(quán)利要求限定，因此所采用的實(shí)施例只是介紹性的，而不是限制性的。除非另有說(shuō)明，否則這里所用的所有技術(shù)和科學(xué)用語(yǔ)與本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所普遍理解的意義相同。
[0028]實(shí)施例1
請(qǐng)參照?qǐng)D1，本實(shí)施例提供一種LED外延結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括:襯底11、緩沖層12、包括U-GaN層13和N-GaN層14的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、具有插入一低A1組分的AlxGai XN層151 (0.1%彡X彡1%)的應(yīng)力釋放層15、量子阱層16以及包括電子阻擋層17、P_GaN層18和接觸層19的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，其中應(yīng)力釋放層可以選擇GaN層或InGaN/GaN超晶格層，本實(shí)施例優(yōu)選GaN層。
[0029]具體來(lái)說(shuō)，本實(shí)施例的襯底11選用藍(lán)寶石(A1203)、SiC、GaAs、GaN, ZnO、S1、GaP、InP以及Ge中的至少一種，優(yōu)選平片藍(lán)寶石襯底，盡管圖中未示出，但是藍(lán)寶石襯底也可以是圖形化藍(lán)寶石襯底(PSS)，因此，實(shí)施例不限于此。
[0030]緩沖層12材質(zhì)選用InAlGaN半導(dǎo)體材料，形成在襯底11上，以減少由于襯底11和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層之間的晶格常數(shù)差而導(dǎo)致的晶格錯(cuò)配，改善外延生長(zhǎng)質(zhì)量。
[0031]U-GaN層13和N-GaN層14構(gòu)成第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，依次形成于緩沖層12上，U_GaN層13能夠減少由于襯底11和N-GaN層14之間的晶格常數(shù)差導(dǎo)致的晶格錯(cuò)配。而且，U-GaN層13能夠增強(qiáng)形成在該層上的半導(dǎo)體層結(jié)晶性能。
[0032]具有插入一厚度為20~50nm的低A1組分的AlGaN層151的GaN應(yīng)力釋放層15形成于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上，其中AlGaN層151 (AlxGalxN層)中的x取值范圍為
0.1%彡X彡1%，如果A1組分太高會(huì)影響器件電壓，而A1組分太低，又會(huì)