[发明专利]一种发光二极管的外延结构及其制造方法

说明书

本发明公开了一种发光二极管的外延结构及其制造方法，属于半导体技术领域。外延结构包括蓝宝石衬底以及依次层叠在蓝宝石衬底上的复合结构、氮化镓缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，复合结构包括(n+1)个第一子层和n个第二子层，n为正整数，(n+1)个第一子层和n个第二子层交替层叠设置；每个第一子层为氮化铝层，每个第二子层为氧化铝层。本发明通过在主要成分为氧化铝的蓝宝石衬底上交替层叠设置氮化铝层和氧化铝层，这样晶格特点从氧化铝到氮化铝的过渡从一个界面分散到整个复合结构，改善晶格常数突变的影响，有效分散晶格失配产生的应力，避免应力过于集中，可以提高后续形成的有源层等的晶体质量。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管的外延结构及其制造方法。

背景技术

发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件。作为高效、环保、绿色的新一代固态照明光源，LED具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、可靠性高等优点。

氮化镓(GaN)是一种宽禁带的半导体材料，禁带宽度约为3.4eV，可以满足光子能量较高的蓝光的产生条件，蓝光可以激发荧光粉发出黄光，黄光再与蓝光混合即可形成白光。因此自20世纪90年代氮化镓基LED由日本科学家开发成功以来，LED的工艺技术不断进度，LED的发光亮度不断提高，LED的应用领域也越来越广。

目前氮化镓基LED的外延结构包括蓝宝石衬底以及依次层叠在蓝宝石衬底上的氮化铝缓冲层、氮化镓缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层、电子阻挡层、P型半导体层和P型接触层。氮化铝缓冲层、氮化镓缓冲层和未掺杂氮化镓层用于缓解蓝宝石衬底和N型半导体层之间的晶格失配，N型半导体层提供的电子和P型半导体层提供的空穴注入有源层中进行复合发光，电子阻挡层用于阻挡电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射复合，P型接触层用于实现与芯片制作工艺形成的透明导电薄膜之间的欧姆接触。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

氮化铝缓冲层虽然可以缓解蓝宝石衬底(主要材料为氧化铝)和氮化镓材料之间的晶格失配，但是蓝宝石的晶格常数为4.758，氮化铝的晶格常数为3.110，蓝宝石衬底和氮化铝缓冲层之间还是存在较大的晶格失配，导致在蓝宝石衬底上形成的氮化铝缓冲层晶体质量较差，蓝宝石衬底和氮化铝缓冲层的交界面存在较大的应力，影响后续形成的有源层等的晶体质量，有源层出现漏电、位错线产生等问题，不利于电子和空穴的复合发光，降低发光二极管的发光效率，同时会产生大密度缺陷，加速发光二极管的老化，影响发光二极管的使用寿命。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管的外延结构及其制造方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的外延结构，所述外延结构包括蓝宝石衬底以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的氮化镓缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述外延结构还包括复合结构，所述复合结构设置在所述蓝宝石衬底和所述氮化镓缓冲层之间；所述复合结构包括(n+1)个第一子层和n个第二子层，n为正整数，所述(n+1)个第一子层和所述n个第二子层交替层叠设置；每个所述第一子层为氮化铝层，每个所述第二子层为氧化铝层。

可选地，所述(n+1)个第一子层的厚度沿所述复合结构的层叠方向逐层增大。

可选地，所述n个第二子层的厚度沿所述复合结构的层叠方向逐层减小。

可选地，各个所述第一子层的厚度为100埃～1000埃，各个所述第二子层的厚度为100埃～500埃。

可选地，3≤n≤7。