[发明专利]LED外延结构及其制备方法、LED芯片及其制备方法

说明书

公开了一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片及其制备方法，所述LED外延结构包括：衬底；位于所述衬底上的N型半导体层；位于所述N型半导体层上的多量子阱；以及位于所述多量子阱上的P型半导体层；其中，所述P型半导体层包括P型过渡层、P型窗口层以及位于二者之间的中间层，所述中间层的晶格常数与所述P型窗口层和所述P型过渡层的晶格常数相匹配。本发明提供的LED外延结构及LED芯片，在P型过渡层与P型窗口层之间引入中间层，中间层为多层渐变式结构，实现P型过渡层与P型窗口层之间的晶格常数逐渐改变，以减少突变式结构生长过程中的缺陷，改善晶体质量。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片及其制备方法。

背景技术

发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。由于其具有结构简单、重量轻、无污染等优点，已广泛应用于汽车照明、装饰照明、军用照明、通信、打印等多个领域，被称为环保、节能的绿色照明光源，蕴藏了巨大的商机。

以砷化镓(GaAs)为代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体由于具有发光效率高、电子饱和漂移速度高、化学性质稳定等特点，在高亮发光二极管、激光器等光电子领域有着巨大的应用潜力，因此被广泛应用于发光二极管的外延生长。

合理的调控LED外延生长对提高LED发光效率起着重要的作用。关于发光效率的提升，改善方法很多，例如：生长GaP材料作为窗口层，以提高电流扩展能力。但是，由于GaP和衬底之间的晶格存在失配，在生长时会产生缺陷影响结晶质量。具体的，当外延层与衬底之间存在着大的晶格失配，衬底的表面的自由能小于外延层的表面与界面能之和的时候，衬底与外延层之间的键能不是很高，在衬底的表面不能形成浸润层，进而造成了三维岛的形成，继续生长后三维岛不断的扩大变为柱状岛，最后形成表面粗糙的连续膜。这些问题严重制约着LED芯片性能的提升。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种LED外延结构及其制备方法、LED芯片及其制备方法，在P型过渡层与P型窗口层之间引入中间层，实现P型过渡层与P型窗口层之间的晶格常数逐渐改变，以减少突变式结构生长过程中的缺陷，改善晶体质量。

本发明的第一方面提供一种LED外延结构，包括：

衬底；

位于所述衬底上的N型半导体层；

位于所述N型半导体层上的多量子阱层；以及

位于所述多量子阱层上的P型半导体层；

其中，所述P型半导体层从下到上依次包括P型过渡层、P型窗口层以及位于二者之间的中间层，所述中间层的晶格常数与所述P型窗口层和所述P型过渡层的晶格常数相匹配。

优选地，所述中间层为多层Ga组分渐变的Ga_xIn_1-xP层，且0.5≤x≤1。

优选地，多层所述中间层的厚度从所述P型过渡层到所述P型窗口层的方向递减。

优选地，从所述P型过渡层到所述P型窗口层的方向上，多层所述中间层中每层的Ga组分x渐变增加。

优选地，从所述P型过渡层到所述P型窗口层的方向，所述中间层依次包括第一中间层、第二中间层、第三中间层、第四中间层以及第五中间层。

优选地，所述第一中间层中Ga的组分为x＝0.5；

所述第二中间层中Ga的组分为x＝0.65；

所述第三中间层中Ga的组分为x＝0.75；

所述第四中间层中Ga的组分为x＝0.85；