[发明专利]LED外延结构及其制备方法和半导体器件

说明书

本发明提供了LED外延结构及其制备方法和半导体器件。该LED外延结构包括：衬底；缓冲层；n型低掺杂半导体层；n型超晶格过渡层；n型第一高掺杂半导体层；n型第二高掺杂半导体层；量子阱过渡层；量子阱有源层；p型电子阻挡层；p型掺杂半导体层。该发光二极管芯片可以有效降低晶体位错与缺陷，提升晶体的结晶质量，在大电流驱动下有效降低LED结构的电压。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体地，涉及LED外延结构及其制备方法和半导体器件。

背景技术

LED是发光二极管(Ligh Emitting Diode)的简称，它是一种可以将电能转化为光能的电子器件并具有二极管的特性。GaN基InGaN/GaN多量子阱发光二极管(尤其是大功率发光二极管)已广泛应用于大屏幕彩色显示、交通信号、通用照明、景观照明等。大功率LED作为结型的二极管，其反向电压偏低，正向电压偏高、亮度偏低是普遍存在的现象。

参照图1，现有技术氮化镓基发光二极管结构由下至上依次包括蓝宝石衬底1、缓冲层2、非掺杂u型GaN层3、高掺杂Si的n型GaN层4、n型AlGaN电子阻挡层5、高掺杂Si的n型GaN层6、量子阱过渡层7、量子阱有源层8、P型AlGaN/InGaN电子阻挡层9、p型GaN层10、p型接触层11、P电极12、N电极13。

氮化镓基LED常采用的蓝宝石衬底虽然具有稳定性好、机械强度高、易于处理和清洗、技术成熟度高等特点，但由于其晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成难度。因此，在现有的技术基础上，如何改善由于蓝宝石衬底带来的影响，成了GaN基LED大功率器件发展的技术难题之一。

因此，关于发光二极管芯片的研究有待深入。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可以有效降低晶体位错与缺陷，或提升晶体结晶质量的LED外延结构。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种LED外延结构。根据本发明的实施例，该LED外延结构包括：衬底；设置于衬底的一个表面上的缓冲层；设置于缓冲层远离衬底的表面上的n型低掺杂半导体层；设置于n型低掺杂半导体层远离衬底的表面上的n型超晶格过渡层；设置于n型超晶格过渡层远离衬底的表面上的n型第一高掺杂半导体层；设置于n型第一高掺杂半导体层远离衬底的表面上的n型第二高掺杂半导体层；设置于n型第二高掺杂半导体层远离衬底的表面上的量子阱过渡层；设置于量子阱过渡层远离衬底的表面上的量子阱有源层；设置于量子阱有源层远离衬底的表面上的p型电子阻挡层；设置于p型电子阻挡层远离衬底的表面上的p型掺杂半导体层。由此，可以有效降低晶体位错与缺陷，提升晶体的结晶质量，减少漏电通道，且可在底部形成缓冲电容结构，在大电流驱动下有效降低LED结构的电压。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种半导体器件。根据本发明的实施例，该半导体器件包括前面所述的LED外延结构。由此，该半导体器件中晶体位错和缺陷明显减少，晶体质量显著提高，漏电通道大大减少，同时可以有效降低大电流驱动下LED结构的电压。

在本发明的又一方面，本发明提供了一种制备LED外延结构的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：在衬底的一个表面上依次生长缓冲层、n型低掺杂半导体层、n型超晶格过渡层、n型第一高掺杂半导体层、n型第二高掺杂半导体层、量子阱过渡层、量子阱有源层、p型电子阻挡层和p型掺杂半导体层。由此，制备方法简便，工艺成熟，易于工业化生产。

本发明至少具有以下有益效果：

1、在衬底生长氮化镓LED，采用多层且Al组成呈梯度下降的超晶格GaN/AlGaN结构代替传统的n型AlGaN电子阻挡层，且采用结构前置于第一高掺杂的n型GaN层，可以有效降低位错与缺陷，提升晶体的结晶质量。