[发明专利]一种半导体外延结构及其制作方法、LED芯片

说明书

本发明提供了一种半导体外延结构及其制作方法、LED芯片，包括在所述衬底表面依次堆叠的第一型半导体层、有源区、第二型半导体层，所述有源区包括n个沿第一方向依次层叠的量子层，各所述量子层包括势垒层和势阱层，且至少在一相邻的两个量子层之间设有应力释放层，以解决因势阱层和势垒层之间、以及势阱层与第一型半导体层之间所同时存在的晶格失配问题，从而避免因累加的晶格失配所产生的应力对电子和空穴在空间的复合效率的影响。

技术领域

本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种半导体外延结构及其制作方法、LED芯片。

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。LED具有效率高、寿命长、体积小、功耗低等优点，可以应用于室内外白光照明、屏幕显示、背光源等领域。在LED产业的发展中，氮化镓(GaN)基材料是V-III族化合物半导体的典型代表，提高GaN基LED的光电性能已成为半导体照明产业的关键。

外延片是LED制备过程中的初级成品。现有的GaN基LED外延片包括衬底、N型半导体层、有源区和P型半导体层。衬底用于为外延材料提供生长表面，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，有源区用于进行电子和空穴的辐射复合发光。

有源区包括多个阱层和多个垒层，多个阱层和多个垒层交替层叠设置，垒层将注入有源区的电子和空穴限定在阱层中进行复合发光。通常阱层的材料采用高铟组分的氮化铟镓(InGaN)，垒层的材料采用氮化镓(GaN)。由于氮化镓的晶格常数为3.181，氮化铟的晶格常数为3.538，因此阱层和垒层之间存在较大的晶格失配，以及阱层与N型半导体层之间亦存在较大的晶格失配，导致因晶格失配累加产生的应力会严重影响电子和空穴在空间的复合效率，使LED的发光效率较低。

有鉴于此，本发明人专门设计了一种半导体外延结构及其制作方法、LED芯片，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体外延结构及其制作方法、LED芯片，以解决因阱层和垒层之间存在较大的晶格失配，以及阱层与第一型半导体层之间亦存在较大的晶格失配，导致因晶格失配累加产生的应力会严重影响电子和空穴在空间的复合效率的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种半导体外延结构，包括：

衬底；

在所述衬底表面依次堆叠的第一型半导体层、有源区、第二型半导体层；

所述有源区包括n个沿第一方向依次层叠的量子层，各所述量子层包括势垒层和势阱层，且至少在一相邻的两个量子层之间设有应力释放层；其中，n为正整数；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述第一型半导体层。

优选地，所述应力释放层的能带不小于所述有源区的能带，且所述应力释放层的晶格常数不大于所述有源区的晶格常数。

优选地，所述应力释放层包括若干个沿所述第一方向依次堆叠的子应力释放层，且各所述子应力释放层以周期结构呈现。

优选地，不同周期结构的子应力释放层的晶格常数沿所述第一方向递增，且各所述子应力释放层的晶格常数均不大于所述有源区的晶格常数；不同周期结构的子应力释放层的能带沿所述第一方向递减，且各所述子应力释放层的能带均不小于所述有源区的能带。

优选地，同一周期结构内的各所述子应力释放层的能带相同或沿所述第一方向递减。

优选地，同一周期结构内的各所述子应力释放层的晶格常数相同或沿所述第一方向递增。

优选地，各所述子应力释放层通过交替循环的高、低能带材料层构成。