一种半导体外延结构及LED芯片的制作方法

一种半导体外延结构及led芯片
技术领域
1.本实用新型涉及发光二极管领域，尤其涉及一种半导体外延结构及led 芯片。


背景技术：

2.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。
3.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、有源层和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，有源层用于进行电子和空穴的辐射复合发光。
4.然而，由于衬底(碳化硅、蓝宝石、硅片等)与gan之间存在晶格常数的差异，在衬底上生长gan基外延层的过程中会积累应力和缺陷，在沉积过程中的应力释放导致位错的产生即向上延伸的漏电通道，这将影响底层及量子阱区的长晶质量，影响载流子输运和量子效率。
5.有鉴于此，本发明人专门设计了一种半导体外延结构及led芯片，本案由此产生。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种半导体外延结构及led芯片，以提高外延层的晶体质量并有效提供载流子，增加电流扩展能力。
7.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
8.一种半导体外延结构，包括：
9.衬底；
10.在所述衬底表面依次堆叠的缺陷阻隔层、第一n型半导体层、电流阻挡层、第二n型半导体层、有源层以及p型半导体层。
11.优选地，所述第一n型半导体层包括沿第一方向非均匀n型掺杂的半导体层，所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述p型半导体层。
12.优选地，所述半导体外延结构作为gan系发光二极管的外延结构，则所述第二n型半导体层包括n型掺杂的gan层，所述p型半导体层包括p型掺杂的gan层。
13.优选地，所述缺陷阻隔层包括algan膜层，用于阻挡所述衬底与半导体层之间因晶格失配所产生的缺陷的向上延伸。
14.优选地，所述电流阻挡层包括algan层，用于阻挡电流在所述第二n 型半导体层表面的纵向传输。
15.优选地，所述缺陷阻隔层的al组分大于所述电流阻挡层的al组分。
16.优选地，所述第一n型半导体层的n型掺杂浓度沿所述第一方向呈梯度变化。
17.优选地，所述第一n型半导体层的n型掺杂浓度不小于1*10
17
cm-3
。
18.优选地，所述第一n型半导体层两侧的n型掺杂浓度大于所述第一n型半导体层其他区域的n型掺杂浓度。
19.优选地，所述第一n型半导体层两侧的n型掺杂浓度通过线性增加或线性减少的方式而获得。
20.优选地，所述第一n型半导体层两侧的n型掺杂浓度为1*10
19
cm-3
，所述第一n型半导体层其他区域的n型掺杂浓度为1*10
18
cm-3
。
21.本实用新型还提供了一种led芯片，包括；
22.上述任一项所述的半导体外延结构；
23.n型电极，所述n型电极与所述n型半导体层形成欧姆接触；
24.p型电极，所述p型电极与所述p型半导体层形成欧姆接触。
25.经由上述的技术方案可知，本实用新型提供的半导体外延结构，通过在所述衬底表面依次堆叠缺陷阻隔层、第一n型半导体层、电流阻挡层、第二 n型半导体层、有源层、p型半导体层。通过所述缺陷阻隔层阻挡所述衬底与半导体层之间因晶格失配所产生的缺陷的向上延伸；同时，通过所述电流阻挡层阻挡电流在所述第二n型半导体层表面的纵向传输，提高电流在界面的横向传递，增加电流扩展的效果。
26.进一步地，所述第一n型半导体层两侧的n型掺杂浓度大于所述第一n 型半导体层其他区域的n型掺杂浓度，使得第一n型半导体层在衔接两侧高铝组分的缺陷阻隔层以及电流阻挡层的同时，不仅能有效提供载流子，增加电流扩展能力，还能在小电流下具有较好的i/v曲线，进而使led芯片具有较高的内量子效率，尤其适用于小尺寸led芯片。
27.经由上述的技术方案可知，本实用新型提供的半导体外延结构的制作方法，在实现上述半导体外延结构的有益效果的同时，其工艺制作简单便捷，便于生产化。
28.经由上述的技术方案可知，本实用新型提供的led芯片，通过在上述的半导体外延结构的基础上获得，因此其具有上述半导体外延结构的有益效果的同时，其工艺制作简单便捷，便于生产化。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
30.图1为本实用新型实施例所提供的半导体外延结构的结构示意图；
31.图2至图4为本实用新型实施例所提供的第一n型半导体层的n型掺杂浓度随厚度变化的示意图；
32.图中符号说明：1、衬底，2、缓冲层，3、非故意掺杂层，4、缺陷阻隔层，5、第一n型半导体层，6、电流阻挡层，7、第二n型半导体层，8、有源层，9、p型半导体层。
具体实施方式
33.为使本实用新型的内容更加清晰，下面结合附图对本实用新型的内容作进一步说
明。本实用新型不局限于该具体实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.如图1所示，一种半导体外延结构，包括：
35.衬底1；
36.在衬底1表面依次堆叠的缓冲层2、非故意掺杂层3、缺陷阻隔层4、第一n型半导体层5、电流阻挡层6、第二n型半导体层7、有源层8以及p 型半导体层9。
37.需要说明的是，本实用新型实施例中，为了更好地实现外延结构的晶体质量，可根据实际情况选择性生长缓冲层2和非故意掺杂层3，但其并非对本实用新型的限制。
38.值得一提的是，衬底1的类型在本实施例的半导体外延结构不受限制，例如，衬底1可以是但不限于蓝宝石衬底1、硅衬底1等。另外，第二n型半导体层7、有源层8、p型半导体层9的具体材料类型在本实施例的半导体外延结构也可以不受限制，例如，第二n型半导体层7可以是但不限于氮化镓层，相应地，p型半导体层9可以是但不限于氮化镓层。
39.本实用新型实施例中，第一n型半导体层5包括沿第一方向非均匀n型掺杂的半导体层，第一方向垂直于衬底1，并由衬底1指向p型半导体层9。
40.本实用新型实施例中，半导体外延结构作为gan系发光二极管的外延结构，则第二n型半导体层7包括n型掺杂的gan层，p型半导体层9包括p 型掺杂的gan层。
41.本实用新型实施例中，进一步地，缺陷阻隔层4包括algan膜层，用于阻挡衬底1与半导体层之间因晶格失配所产生的缺陷的向上延伸。
42.本实用新型实施例中，进一步地，电流阻挡层6包括algan层，用于阻挡电流在第二n型半导体层7表面的纵向传输。
43.本发明实施例中，进一步地，缺陷阻隔层4的al组分大于电流阻挡层6 的al组分。
44.本实用新型实施例中，进一步地，第一n型半导体层5的n型掺杂浓度沿第一方向呈梯度变化。
45.本实用新型实施例中，进一步地，第一n型半导体层5的n型掺杂浓度不小于1*10
17
cm-3
。
46.本实用新型实施例中，进一步地，第一n型半导体层5两侧的n型掺杂浓度大于第一n型半导体层5其他区域的n型掺杂浓度。
47.本实用新型实施例中，进一步地，第一n型半导体层5两侧的n型掺杂浓度通过线性增加或线性减少的方式而获得。
48.本实用新型实施例中，进一步地，第一n型半导体层5两侧的n型掺杂浓度为1*10
19
cm-3
，第一n型半导体层5其他区域的n型掺杂浓度为 1*10
18
cm-3
。
49.本实用新型实施例还提供了一种半导体外延结构的制作方法，制作方法包括如下步骤：
50.步骤s01、提供一衬底1；
51.步骤s02、在衬底1表面依次生长缺陷阻隔层4、第一n型半导体层5、电流阻挡层6、第二n型半导体层7、有源层8、p型半导体层9；
52.其中，半导体外延结构作为gan系发光二极管的外延结构，则第二n 型半导体层7包括n型掺杂的gan层，p型半导体层9包括p型掺杂的gan 层；
53.缺陷阻隔层4包括algan膜层；
54.电流阻挡层6包括algan层；
55.第一n型半导体层5包括沿第一方向非均匀n型掺杂的半导体层，第一方向垂直于衬底1，并由衬底1指向p型半导体层9；进一步地，第一n型半导体层5两侧的n型掺杂浓度大于第一n型半导体层5其他区域的n型掺杂浓度。
56.进一步地，缺陷阻隔层4的al组分大于电流阻挡层6的al组分。
57.本实用新型实施例中，进一步地，第一n型半导体层5两侧的n型掺杂浓度为1*10
19
cm-3
，第一n型半导体层5其他区域的n型掺杂浓度为 1*10
18
cm-3
。
58.图2至图4所示为本实用新型实施例所提供的第一n型半导体层5的n 型掺杂浓度随厚度变化的示意图，其中横坐标表示厚度，纵坐标表示n型掺杂浓度。本实施例优选如图2所示的掺杂渐变方式；需要说明的是，图2-4 只是举例说明，并非对本实用新型的限制。
59.本实用新型实施例还提供了一种led芯片，包括；
60.上述任一项的半导体外延结构；
61.n型电极，n型电极与n型半导体层形成欧姆接触；
62.p型电极，p型电极与p型半导体层9形成欧姆接触。
63.经由上述的技术方案可知，本实用新型提供的半导体外延结构，通过在衬底1表面依次堆叠缺陷阻隔层4、第一n型半导体层5、电流阻挡层6、第二n型半导体层7、有源层8、p型半导体层9。通过缺陷阻隔层4阻挡衬底 1与半导体层之间因晶格失配所产生的缺陷的向上延伸；同时，通过电流阻挡层6阻挡电流在第二n型半导体层7表面的纵向传输，提高电流在界面的横向传递，增加电流扩展的效果。
64.进一步地，第一n型半导体层5两侧的n型掺杂浓度大于第一n型半导体层5其他区域的n型掺杂浓度，使得第一n型半导体层5在衔接两侧高铝组分的缺陷阻隔层4以及电流阻挡层6的同时，不仅能有效提供载流子，增加电流扩展能力，还能在小电流下具有较好的i/v曲线，进而使led芯片具有较高的内量子效率，尤其适用于小尺寸led芯片。
65.经由上述的技术方案可知，本实用新型提供的半导体外延结构的制作方法，在实现上述半导体外延结构的有益效果的同时，其工艺制作简单便捷，便于生产化。
66.经由上述的技术方案可知，本实用新型提供的led芯片，通过在上述的半导体外延结构的基础上获得，因此其具有上述半导体外延结构的有益效果的同时，其工艺制作简单便捷，便于生产化。
67.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
68.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
69.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。