[发明专利]一种LED外延结构及其制备方法

说明书

本申请公开了一种LED外延结构及其制备方法，该结构中超晶格电流扩展层包括周期性排布的超晶格单元，超晶格单元包括依次排布的(Alsubgt;x1/subgt;Gasubgt;1‑x1/subgt;)subgt;0.5/subgt;Insubgt;0.5/subgt;P势阱层、(Alsubgt;y1/subgt;Gasubgt;1‑y1/subgt;)subgt;0.5/subgt;Insubgt;0.5/subgt;P第一势垒层和(Alsubgt;y2/subgt;Gasubgt;1‑y2/subgt;)subgt;0.5/subgt;Insubgt;0.5/subgt;P第二势垒层，0＜x1＜y1＜y2≤1。电子跃迁时，由于两个势垒层的阻挡而增强横向扩展电流，且电子在较厚的第一势垒层处积聚后隧穿过较薄的第二势垒层，提供较大的纵向扩展电流，即通过引入双势垒层并调节其组分和厚度，保证电流横向扩展的同时提升电流的纵向扩展，改善晶体生长质量，降低LED芯片工作电压，提升载流子注入效率，改善LED芯片性能。

技术领域

本申请涉及发光二极管技术领域，特别涉及一种LED外延结构及其制备方法。

背景技术

发光二极管(LED，light-emitting diode)作为固态主动发光能源，具有工作寿命长、响应速度快、亮度高、可靠环保等特点，目前被广泛应用于照明、显示及通信等领域。其中，AlGaInP材料是制备红橙黄光波段的良好材料，在晶格匹配的GaAs衬底上生长，很容易获得晶格质量高、缺陷密度小的红黄光LED外延结构。然而GaAs衬底自身的吸光和导热性差等特点严重限制了红光LED的光提取效率，影响了器件的电光转换效率，倒装LED芯片结构可以有效地解决这个问题。

但在倒装LED芯片中，电极占比远小于出光面积，且电流主要被限制在不透明电极的正下方区域，导致电极吸收严重，出光效率低。在这种情况下，通常在相应的限制层之上生长具有高电导率的电流扩展层，减小电极正下方的电流密度，使电流尽可能均匀地扩展到整个器件，增加非电极区域的发光。

当前超晶格电流拓展层作为主流的电流拓展层之一，采用了多周期的阱垒层交替生长的超晶格结构，通过高Al组分的单势垒层来阻挡电子，提升电流的横向扩展，实现器件亮度的提升。但相应的也带来了一系列的问题：此类超晶格中电子需要较高的能量跨越高势垒层，从而抬高了工作电压；高势垒层在限制电子跃迁提升电流横向扩展的同时，也一定程度上削弱了纵向电流，导致量子阱载流子注入效率降低，影响LED芯片的亮度和抗静电击穿等性能；势垒层的高Al组分增加了Al带来的碳和氧的污染，容易影响器件中AlGaInP等材料的晶体生长质量。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种LED外延结构及其制备方法，在保证电流横向和纵向扩展的同时，降低LED芯片的工作电压，提升载流子注入效率，改善LED芯片的亮度和抗静电击穿等性能，并减少Al带来的碳和氧的污染，提升AlGaInP等材料的晶体生长质量。

为实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种LED外延结构，包括：

衬底；

位于所述衬底一侧的超晶格电流扩展层，所述超晶格电流扩展层包括周期性排布的超晶格单元，所述超晶格单元包括沿背离所述衬底的方向依次排布的势阱层、第一势垒层和第二势垒层；

位于所述超晶格电流扩展层背离所述衬底一侧，沿背离所述衬底的方向依次排布的第一型半导体层、有源层和第二型半导体层；