CN114038969A - 一种led外延结构及led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED外延结构及LED芯片，所述LED外延结构包括：衬底；外延层，设置于衬底的上方，且外延层在衬底的上方依次包括N型半导体层、有源层和P型半导体层；P型电流扩展层，设置于P型半导体层的上方；P型欧姆接触层，设置于P型电流扩展层的上方，P型欧姆接触层包括多个层对，所述层对分别由第一子层和第二子层构成，其中第一子层的P型掺杂浓度小于第二子层的P型掺杂浓度。本发明能够有利于LED外延结构P端的电流扩展，并且能够降低LED器件的电阻及操作电压，提升LED器件的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种LED外延结构及LED芯片。
背景技术
四元系AlGaInP发光二极管具有耗电低、发光效率高、寿命长、体积小、成本低等特点，因此在照明以及光纤通信系统中有着广泛的应用。AlGaInP发光二极管的外延片通常包括衬底及依次层叠在衬底上的N型层、发光层、P型层、P型电流扩展层和P型欧姆接触层。P型欧姆接触层与电极接触时无法形成良好的欧姆接触，导致电流扩展能力较差，进而不利于LED芯片的发光效率。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LED外延结构及LED芯片，能够有效增加P端电流扩展效果。
为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED外延结构，包括：
衬底；
N型电流扩展层，设置于衬底的表面的上方；
外延层，设置于所述N型电流扩展层的上方，且所述外延层在所述N型电流扩展层的上方依次包括N型半导体层、有源层和P型半导体层；
P型电流扩展层，设置于所述P型半导体层的上方；
P型欧姆接触层，设置于所述P型电流扩展层的上方，所述P型欧姆接触层包括多个层对，所述层对分别由第一子层和第二子层构成，其中，所述第一子层的P型掺杂浓度小于所述第二子层的P型掺杂浓度。
可选地，所述第一子层的P型掺杂浓度与所述第二子层的P型掺杂浓度的比例范围介于1:1～1:5。
可选地，所述P型欧姆接触层的厚度为
。
可选地，所述第一子层和所述第二子层的厚度比为1:1～3:1。
可选地，所述P型欧姆接触层包括n个层对，所述n的范围为3～20。
可选地，所述P型欧姆接触层的P型掺杂浓度大于所述P型电流扩展层的P型掺杂浓度。
可选地，所述P型欧姆接触层的P型掺杂浓度介于8E18 atoms/cm3～2E20 atoms/cm3。
可选地，所述P型电流扩展层的P型掺杂浓度介于7E18 atoms/cm3～8E19 atoms/cm3。
可选地，所述P型电流扩展层的厚度介于0.8～2μm。
可选地，所述P型电流扩展层或所述P型欧姆接触层的材料为GaP。
可选地，所述LED外延结构辐射红光。
本发明还提供一种LED芯片，包括：
基板；
P型欧姆接触层，位于所述基板的表面的上方，所述P型欧姆接触层包括多个层对，所述层对分别由第二子层和第一子层构成，所述第二子层的P型掺杂浓度大于所述第一子层的P型掺杂浓度；
P型电流扩展层，位于所述P型欧姆接触层的上方；
外延层，位于所述P型电流扩展层的上方，所述外延层在所述P型电流扩展层的上方依次包括P型半导体层、有源层和N型半导体层；
N型电流扩展层，位于所述N型半导体层的上方。
可选地，所述P型欧姆接触层的厚度为
。
可选地，所述第一子层的P型掺杂浓度与所述第二子层的P型掺杂浓度的比例范围介于1:1～1:5。
可选地，所述第一子层和所述第二子层的厚度比为1:1～3:1。
可选地，所述P型欧姆接触层包括n个层对，所述n的范围为3～20。
可选地，所述P型欧姆接触层的P型掺杂浓度大于所述P型电流扩展层的P型掺杂浓度。
可选地，所述P型欧姆接触层的P型掺杂浓度介于8E18 atoms/cm3～2E20 atoms/cm3。
可选地，所述P型电流扩展层的P型掺杂浓度介于7E18 atoms/cm3～8E19 atoms/cm3。
可选地，所述P型电流扩展层或所述P型欧姆接触层的材料为GaP。
可选地，所述LED芯片辐射红光。
如上所述，本发明所述的LED外延结构及LED芯片至少具备如下有益效果：
本发明所述的LED外延结构在外延层的P型半导体层的上方依次设置P型电流扩展层和P型欧姆接触层，P型欧姆接触层包括多个层对，所述层对分别由第一子层和第二子层构成，第一子层的P型掺杂浓度小于第二电流扩展层的P型掺杂浓度，其中，具备高掺杂浓度的第二子层能够增加纵向的电流扩展速度，低掺杂浓度的第一子层的纵向扩展速度较小，有利于增加电流的横向扩展，由上，该P型欧姆接触层的设置能够有效增加P端的电流扩展效果，降低P型欧姆接触层和电极的接触电阻，进而降低LED器件的操作电压，提升LED的发光效率。
进一步地，P型欧姆接触层的厚度较小，厚度介于
，能够进一步保证器件的可靠性。
进一步地，第一子层和第二子层的厚度比为1:1～3:1。第一子层和第二子层的厚度设置，能够平衡电流在低掺杂浓度的第一子层的横向电流扩展的程度，使得电流扩展更加均匀。
附图说明
图1为本发明实施例所述的LED外延结构的结构示意图；
图2为本发明一实施例所述的LED芯片的结构示意图；
图3为本发明一实施例所述LED芯片的结构示意图。
附图标记列表：
100 衬底
200 缓冲层
300 刻蚀截止层
400 N型欧姆接触层
500 N型电流扩展层
600 外延层
601 N型半导体层
602 N型限制层
603 有源层
604 P型限制层
605 P型半导体层
700 过渡层
800 P型电流扩展层
900 P型欧姆接触层
901 第一子层
902 第二子层
1000 基板
1100 键合层
1200 N型电极
1300 P型电极
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
须知，本发明实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
本实施例提供一种LED外延结构，该LED外延结构依次包括衬底、外延层、P型电流扩展层及P型欧姆接触层，其中，外延层设置于衬底的上方，且外延层在衬底的上方依次包括N型半导体层、有源层和P型半导体层，P型电流扩展层设置于P型半导体层的上方，P型欧姆接触层设置于P型电流扩展层的上方，且P型欧姆接触层包括多个层对，所述层对分别由第一子层和第二子层构成，第一子层的P型掺杂浓度小于第二子层的P型掺杂浓度。其中，具备高掺杂浓度的第二子层能够增加纵向的电流扩展速度，低掺杂浓度的第一子层更有利于电流横向的扩展，由此，该P型欧姆接触层能够增加P端电流的横向扩展效果，并降低电阻。
参照图1，衬底100的材料包括但不限于GaAs，在本实施例中，以GaAs为衬底100。
在一实施例中，N型电流扩展层500设置于衬底100的表面的上方。其中，N型电流扩展层500的材料为AlGaInP，且为了提高N型电流扩展层500的电流扩展作用，在N型电流扩展层500中掺杂有一定浓度的N型杂质，在本实施例中，N型掺杂浓度为9E17 atoms/cm3。
可选地，在衬底100与N型电流扩展层500之间还依次设置有缓冲层200、刻蚀截止层300、N型欧姆接触层400；其中，由于缓冲层200的晶格质量相对衬底100晶格质量好，因而，在衬底100上生长缓冲层200有利于消除衬底100晶格缺陷对外延层的影响；刻蚀截止层300用于后期步骤化学刻蚀的截止层，N型欧姆接触层400用于形成良好的欧姆接触。在本实施例中，刻蚀截止层300为N型刻蚀截止层300，材料为N-GaInP，N型欧姆接触层400材料为N-GaAs。上述各个层均掺杂有一定浓度的硅。
外延层600设置于N型电流扩展层500的上方。该外延层600包括N型半导体层601、有源层603和P型半导体层605，N型半导体层601通过掺杂N型杂质提供电子。有源层603为提供电子和空穴复合提供光辐射的区域，根据发光波长的不同可选择不同的材料，活性层可以是单量子阱或多量子阱的周期性结构。有源层603包含阱层和垒层，其中垒层具有比阱层更大的带隙，通过调整有源层603中半导体材料的组成比，以期望辐射出不同的波长的光。P型半导体层605能够通过P型杂质提供空穴。为了防止电子溢流，本实施例在N型半导体层601和有源层603之间还设置有N型限制层602，P型半导体层605和有源层603之间设置有P型限制层604，N型限制层602与P型限制层604为无掺杂的空间区域，能够阻止电子或空穴由有源层603向外扩散。可选地，N型半导体层601及N型限制层602的材料为AlInP，有源层603的材料为AlGaInP，P型半导体层605及P型限制层604的材料为AlInP，且N型半导体层601中的N型杂质为Si，P型半导体层605中的P型杂质为Mg。本实施例中的LED外延结构能够辐射红光。
为了缓解外延层600与P型电流扩展层800之间的晶格常数之间的差异导致的晶格失配，在一实施例中，P型半导体层605与P型电流扩展层800之间还设置有过渡层700，可选地，过渡层700的材料为AlGaInP。
P型电流扩展层800设置于P型半导体层605的上方。可选地，P型电流扩展层800的材料为GaP，厚度介于0.8～2μm。在一实施例中，P型电流扩展层800设置于过渡层700的上方。
为了增加有效增加P端电流的横向扩展和欧姆接触，本实施例在P型电流扩展层800的上方设置有P型欧姆接触层900，该P型欧姆接触层900包括多个层对，所述层对包括第一子层901和第二子层902，且第一子层901的P型掺杂浓度大于第二子层902的P型掺杂浓度，在本实施例中，P型欧姆接触层中的多个层对设置，能够进一步增强LED的P端的电流扩展作用。具体地，具备高掺杂浓度的第二子层902能够增加纵向的电流扩展速度，促进层与层之间的欧姆接触，低掺杂浓度的第一子层901更有利于电流的横向扩展，由此，能够有效增加P端电流扩展的效果，降低P型欧姆接触层与电极的接触电阻，从而提升使用该外延结构的LED器件的操作电压，提升LED器件的发光效率。
在一实施例中，P型欧姆接触层包括n个层对，n的范围介于3～20。
在一实施例中，第一子层的P型掺杂浓度与第二子层的P型掺杂浓度的比例范围介于1:1～1:5。
在一实施例中，P型欧姆接触层900的厚度为
。在本实施例中，P型欧姆接触层900的厚度较小，不会对LED的器件的可靠性造成影响，而且具备较好的电流扩展，有利于LED的可靠性及出光效率。
在一实施例中，第一子层901和第二子层902的厚度比为1:1～3：1，可选地，第一子层901或第二子层902的厚度为
，本实施例控制第一子层901和第二子层902的厚度比，能够平衡电流在低掺杂浓度的第一子层901的横向电流扩展的程度，使得电流扩展更加均匀。
在一实施例中，P型欧姆接触层800的P型掺杂浓度大于P型电流扩展层900的P型掺杂浓度，以进一步加强电流扩展的作用，降低外延结构的电阻及电压，提高芯片的发光效率。可选地，P型电流扩展层800的P型掺杂浓度介于7E18 atoms/cm3～8E19 atoms/cm3。可选地，P型电流扩展层800的厚度介于0.8μm～2μm。可选地，P型欧姆接触层900的P型掺杂浓度介于8E18 atoms/cm3～2E20 atoms/cm3。
在本发明的另一实施例中，还提供一种LED芯片，该LED芯片包括上述任一所述的LED外延结构、N电极1200和P电极1300，其中N电极1200与N型电流扩展层500形成电连接，P电极1300与P型欧姆接触层900形成电连接。
在一实施例中，参照图2，LED芯片还包括基板1000，基板可以为蓝宝石基板、Cu基板、SiC基板等。当LED芯片形成为垂直型芯片时，基板1000为导电性基板，导电性基板可以为硅、碳化硅或者金属基板，金属基板优选为铜、钨或者钼基板。基板1000的一个表面依次设置有上述实施例中的P型欧姆接触层900、P型电流扩展层800、外延层600及N型电流扩展层500。基板1000的另一个表面形成有P电极。可选地，在基板1000与P型欧姆接触层900之间还设置有键合层1100，用于将基板1000与外延结构中的P型欧姆接触层900键合。
在可选实施例中，参照图3，LED芯片也可以形成为水平型芯片，此时，在外延层600上刻蚀有台阶结构，该台阶结构暴露出N型欧姆接触层400，N型电极形成于N型欧姆接触层400的表面。
在本发明的一个实施例中，还提供LED外延结构及LED芯片的制备方法，其中，LED外延结构的制备方法，参照图1，包括：
提供一衬底100；
在上述衬底100上依次形成缓冲层200、刻蚀截止层300、N型欧姆接触层400、N型电流扩展层500、外延层600、P型电流扩展层800、P型欧姆接触层900。
其中，上述各个层均可采用化学气相沉积的方法进行沉积。
在制备芯片时，参照图1及图2，包括：
在所得如图1所示的LED外延结构的基础之上，在P型欧姆接触层900的上方形成基板1000，并除去衬底100。具体地，在P型欧姆接触层900上形成键合层1100，在键合层1100的表面上形成基板1000。在基板1000的表面上形成P电极1300，形成垂直型的芯片，如图2所示。
在可选实施例中，在外延层600上刻蚀有台阶结构，该台阶结构暴露P型欧姆接触层900，在台阶结构上暴露的P型欧姆接触层900上形成P电极1300，形成水平型芯片，如图3所示。
在N型电流扩展层500的部分表面上形成N型电极。具体地，采用机械研磨方式对衬底100进行减薄，并采用湿法刻蚀方式去除衬底100、缓冲层200及刻蚀截止层300，并暴露N型欧姆接触层400，在N型欧姆接触层400的表面形成N电极1200。
需要说明的是，P电极1300或N电极1200可采用蒸镀或者溅射的方式形成。
综上，本发明所述的LED外延结构在外延层的P型半导体层的上方依次设置P型电流扩展层和P型欧姆接触层，P型欧姆接触层包括多个层对，所述层对分别由第一子层和第二子层构成，第一子层的P型掺杂浓度小于第二电流扩展层的P型掺杂浓度，其中，具备高掺杂浓度的第二子层能够增加纵向的电流扩展速度，低掺杂浓度的第一子层的纵向扩展速度较小，有利于增加电流的横向扩展，由上，该P型欧姆接触层的设置能够有效增加P端的电流扩展效果，降低电阻，从而提升使用该外延结构的LED器件的操作电压，提升LED器件的发光效率。
进一步地，P型欧姆接触层的厚度较小，厚度介于
能够进一步保证器件的可靠性。
进一步地，第一子层和第二子层的厚度比为1:1～3:1。第一子层和第二子层的厚度设置，能够平衡电流在低掺杂浓度的第一子层的横向电流扩展的程度，使得电流扩展更加均匀。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (21)
1.一种LED外延结构，其特征在于，包括：
衬底；
外延层，设置于所述衬底的上方，且所述外延层在所述衬底的上方依次包括N型半导体层、有源层和P型半导体层；
P型电流扩展层，设置于所述P型半导体层的上方；
P型欧姆接触层，设置于所述P型电流扩展层的上方，所述P型欧姆接触层包括多个层对，所述层对分别由第一子层和第二子层构成，其中，所述第一子层的P型掺杂浓度小于所述第二子层的P型掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于：所述第一子层的P型掺杂浓度与所述第二子层的P型掺杂浓度的比例范围介于1:1～1:5。
3.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述P型欧姆接触层的厚度为
4.根据权利要求1或2所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一子层和所述第二子层的厚度比的范围为1:1～3:1。
5.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述P型欧姆接触层包括n个层对，所述n的范围为3～20。
6.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述P型欧姆接触层的P型掺杂浓度大于所述P型电流扩展层的P型掺杂浓度。
7.根据权利要求1或6所述的LED外延结构，其特征在于，所述P型欧姆接触层的P型掺杂浓度介于8E18atoms/cm3～2E20atoms/cm3。
8.根据权利要求1或6所述的LED外延结构，其特征在于，所述P型电流扩展层的P型掺杂浓度介于7E18atoms/cm3～8E19atoms/cm3。
9.根据权利要求1或2所述的LED外延结构，其特征在于，所述P型电流扩展层的厚度介于0.8～2μm。
10.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述P型电流扩展层或所述P型欧姆接触层的材料为GaP。
11.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述LED外延结构辐射红光。
12.一种LED芯片，其特征在于，包括：
基板；
P型欧姆接触层，位于所述基板的表面的上方，所述P型欧姆接触层包括多个层对，所述层对分别由第二子层和第一子层构成，所述第二子层的P型掺杂浓度大于所述第一子层的P型掺杂浓度；
P型电流扩展层，位于所述P型欧姆接触层的上方；
外延层，位于所述P型电流扩展层的上方，所述外延层在所述P型电流扩展层的上方依次包括P型半导体层、有源层和N型半导体层。
13.根据权利要求12所述的LED芯片，其特征在于，所述P型欧姆接触层的厚度为
14.根据权利要求12所述的LED芯片，其特征在于，所述第一子层的P型掺杂浓度与所述第二子层的P型掺杂浓度的比例范围介于1:1～1:5。
15.根据权利要求12所述的LED芯片，其特征在于，所述第一子层和所述第二子层的厚度比为1:1～3:1。
16.根据权利要求12所述的LED芯片，其特征在于，所述P型欧姆接触层包括n个层对，所述n的范围为3～20。
17.根据权利要求12所述的LED芯片，其特征在于，所述P型欧姆接触层的P型掺杂浓度大于所述P型电流扩展层的P型掺杂浓度。
18.根据权利要求12或17所述的LED芯片，其特征在于，所述P型欧姆接触层的P型掺杂浓度介于8E18atoms/cm3～2E20atoms/cm3。
19.根据权利要求12或17所述的LED芯片，其特征在于，所述P型电流扩展层的P型掺杂浓度介于7E18atoms/cm3～8E19atoms/cm3。
20.根据权利要求12所述的LED芯片，其特征在于，所述P型电流扩展层或所述P型欧姆接触层的材料为GaP。
21.根据权利要求12所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片辐射红光。
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