專利名稱：Led外延結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及LED技術領域，特別涉及LED外延結構。
背景技術：
自GaN基第三代半導體材料的興起，藍光LED研制成功，LED的發(fā)光強度和白光發(fā)光效率不斷提高。LED被認為是下一代進入通用照明領域的新型固態(tài)光源，因此得到廣泛關注。現(xiàn)有的LED外延結構請參考圖1，圖1為現(xiàn)有技術的LED外延結構的剖面結構示意圖?，F(xiàn)有的LED外延結構包括:藍寶石襯底10 ;緩沖層11，位于所述藍寶石襯底10上；第一半導體層12，位于所述緩沖層11上，所述第一半導體層12的材質(zhì)為N型GaN ;多量子阱層13，位于所述N-GaN層12上；第二半導體層14，所述第二半導體層14的材質(zhì)為P型GaN ；ITO層15，位于所述第二半導體層14上；第一導電電極16，與第一半導體層12電連接；第二導電電極17，與ITO層15電連接。通常，為了將外延結構封裝制作形成LED芯片，通常，ITO層15上還會覆蓋氧化硅等封裝材料層(圖中未示出)。利用現(xiàn)有的LED外延結構制作的LED芯片的量子效率偏低，有待進一步的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例解決的問題是提供了一種LED外延結構提高了 LED外延結構的量子效率。為了提高現(xiàn)有LED外延結構的量子效率，本發(fā)明提供一種LED外延結構，包括:襯底，所述襯底上形成有第一半導體層；多量子阱層，位于所述第一半導體層上；第二半導體層，位于所述多量子阱層上，所述第二半導體層與第一半導體層的導電類型相反，還包括:第三半導體層，位于第二半導體層上，所述第三半導體層的導電類型與第一半導體層的導電類型相同以提高擴展電流分布的均勻性，所述第三半導體層的材質(zhì)為πι-v族化合物?？蛇x地，還包括:透明粗化層，位于所述第三半導體層上，所述透明粗化層用于使得光線透出，所述透明粗化層的上表面為粗化處理的表面以使得更多的光線透過，所述透明粗化層的折射率介于所述第三半導體層的折射率與所述上表面面對的介質(zhì)的折射率之間?？蛇x地，還包括:封裝材料層，位于所述透明粗化層上，所述透明粗化層的折射率介于所述第三半導體層與所述封裝材料層的折射率之間。可選地，所述透明粗化層的折射率范圍為1.6 2.1。可選地，所述透明粗化層的材質(zhì)為氧化錫銦、氧化鋅、氧化鋁鋅或上述材料中的至少兩種構成的復合材料?？蛇x地，所述透明粗化層包括至少兩層:低速沉積層，以較低的沉積速率形成，以提高所述低速沉積層與下方的材料層的結合的強度；高速沉積層，以較高的沉積速率形成，以使得形成的高速沉積層的上表面為粗糙的表面，所述高速沉積層形成于所述低速沉積層的上方，且所述高速沉積層的沉積速率大于所述低速沉積層的沉積速率?？蛇x地，所述低速沉積層的厚度范圍為10 800埃，所述高速沉積層的厚度范圍為500 2000埃?？蛇x地，所述低速沉積層的厚度小于所述高速沉積層的厚度?？蛇x地，所述低速沉積層的沉積速率為0.5 2埃每秒，所述高速沉積層的沉積速率不小于10埃每秒?？蛇x地，所述透明粗化層對波長為450 475納米的光線的吸收率不超過15%?？蛇x地，所述透明粗化層的材質(zhì)為氧化錫銦。可選地，所述第一半導體層的導電類型和第三半導體層的導電類型為N型，所述第二半導體層的導電類型為P型。可選地，還包括:第一重摻雜半導體層，位于所述第二半導體層與所述第三半導體層之間?？蛇x地，所述第一重摻雜半導體層的導電類型與所述第二半導體層的導電類型相同。可選地，所述第一重摻雜半導體層的導電類型為P型，所述第一重摻雜半導體層的摻雜離子的濃度為所述第二半導體層的摻雜離子濃度的100倍以上。可選地，所述第一重摻雜半導體層的摻雜離子為Mg離子。可選地，還包括:第二重摻雜半導體層，位于所述第一重摻雜半導體層與第三半導體層之間，所述第二重摻雜半導體層的導電類型與所述第三半導體層的導電類型相同。可選地，所述第二重摻雜半導體層的導電類型為N型，所述第二重摻雜半導體層的摻雜離子的濃度為所述第三半導體層的摻雜離子的濃度的100倍以上。可選地，所述第二重摻雜半導體層的摻雜離子為Si離子?？蛇x地，所述襯底的材質(zhì)為藍寶石、氧化鋅、碳化硅、硅或上述材料中的至少兩種構成的復合材料。可選地，所述第一半導體層的材質(zhì)為N型氮化鎵，所述第二半導體層的材質(zhì)為P型氮化鎵，所述第三半導體層的材質(zhì)為N型氮化鎵?？蛇x地，所述第三半導體層的電阻為所述第一半導體層電阻的0.8 1.2倍。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明提供的LED外延結構包括:襯底、位于襯底上的第一半導體層、多量子阱層、第二半導體層、第三半導體層，所述第三半導體層作為LED外延結構的電流擴展層，其導電類型與第一半導體層的導電類型相同，從而使得LED外延結構的擴展電流的分布更加均勻，提高了 LED外延結構的內(nèi)量子效率；進一步優(yōu)化地，本發(fā)明在所述第三半導體層上設置透明粗化層，所述透明粗化層作為光線的出光層，用于使得光線透過，所述透明粗化層具有粗化的表面，并且透明粗化層的折射率大于其上方的介質(zhì)的折射率，減小了光線在所述粗化的表面處的全反射，提高了該透明粗化層的出光效率，提高了 LED外延結構的外量子效率；進一步優(yōu)化地，所述第三半導體層的電阻為第一半導體層的電阻的0.8 1.2倍，從而進一步提高了外延結構的擴展電流分布的均勻性；
進一步優(yōu)化地，在所述第二半導體層和第三半導體層之間設置第一重摻雜半導體層，所述第一重摻雜半導體層的導電類型與第二半導體層或第三半導體層的導電類型相同從而降低了 LED外延結構制作的LED芯片的閾值電壓；進一步優(yōu)化地，在所述第二半導體層和第三半導體層之間設置導電類型相反的第一重摻雜半導體層和第二重摻雜半導體層，在外延結構中形成隧道結(tunnel junction),有助于進一步降低LED外延結構制作的LED芯片的閾值電壓；進一步優(yōu)化地，所述透明粗化層包括以較低的沉積速率形成的低速沉積層與以較高的沉積速率形成的高速沉積層，一方面保證了透明粗化層與下方的材料層的結合的強度；另一方面也保證了透明粗化層的上表面為粗糙的表面。


圖1是現(xiàn)有的LED外延結構的剖面結構示意圖；圖2是本發(fā)明一個實施例的LED外延結構的剖面結構示意圖。圖3是本發(fā)明又一實施例的LED外延結構的剖面結構示意圖。
具體實施例方式利用現(xiàn)有的LED外延結構制作的LED芯片的量子效率低，發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的LED外延結構中，利用第二半導體層作為電流擴展層獲得的擴展電流的均勻性無法滿足要求，從而影響了外延結構的內(nèi)量子效率。為了獲得更為均勻的擴展電流，現(xiàn)有技術在第二半導體層上設置ITO層，ITO層既作為電流擴展層也作為光線出光層，但是利用ITO層作為電流擴展層會影響到ITO層作為光線的出光層的出光效率。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種外延結構，包括:襯底，所述襯底上形成有第一半導體層；多量子阱層，位于所述第一半導體層上；第二半導體層，位于所述多量子阱層上，所述第一半導體層與第二半導體層的導電類型相反，還包括:第三半導體層，位于第二半導體層上，所述第三半導體層的導電類型與第一半導體層的導電類型相同以提高擴展電流分布的均勻性，所述第三半導體層的材質(zhì)為II1-V族化合物。為了使得更多的光線能夠透出，提高LED外延結構的外量子效率，本發(fā)明在第三半導體層上形成透明粗化層，該透明粗化層具有粗化的表面并且該透明粗化層的折射率介于第三介質(zhì)層的折射率與該透明粗化層的上表面面對的介質(zhì)層的折射率之間，從而能夠減少發(fā)生在透明粗化層的上表面和下表面處的全反射，從而能夠使得更多的光線透出。下面結合實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細的說明。為了更好地說明本發(fā)明的技術方案，請結合圖2所示的本發(fā)明一個實施例的外延結構的示意圖。作為一個實施例，襯底100上形有緩沖層101，所述襯底100的材質(zhì)為藍寶石。在其他的實施例中，所述襯底100的材質(zhì)還可以為碳化硅、氧化鋅、碳化硅、硅或者所述襯底100為利用上述多種材料層的至少兩種制作的復合襯底結構。所述緩沖層101的材質(zhì)為GaN。所述緩沖層101的厚度范圍為30納米到3微米。所述緩沖層101上形成有第一半導體層102。所述第一半導體層102的導電類型為N型。所述第一半導體層102上形成有多量子阱層103和第一電極109。所述第一電極109與所述第一半導體層102電連接，所述第一電極109與所述多量子阱層103之間具有間隙。作為一個實施例，所述多量子阱層103包括InGaN層和GaN層，其厚度范圍為100納米到I微米。作為其他的實施例，所述多量子阱層103的材質(zhì)還可以包括InAlGaN層和GaN層。所述多量子阱層103上依次形成有第二半導體層104、第一重摻雜半導體層105、第二重摻雜半導體層106、第三半導體層107、透明粗化層108、第二電極110。所述第二半導體層104的導電類型與第一半導體層102的導電類型相反，本實施例中，所述第二半導體層104的導電類型為P型，其厚度范圍為100納米到300納米。作為一個實施例，所述第一重摻雜半導體層105的導電類型與所述第二半導體層104的導電類型相同。本實施例中，所述第一重摻雜半導體層105的導電類型為P型。所述第一重摻雜半導體層105的摻雜離子為Mg離子，其濃度范圍為lE18/cm3 9E21/cm3。所述第一重摻雜半導體層105的厚度范圍為I 15納米。所述第一重摻雜半導體層105的摻雜離子的濃度是第二半導體層104的摻雜離子濃度的100倍以上，從而有利于提高外延結構的擴展電流分布的均勻性，降低LED外延結構的閾值電壓。所述第二重摻雜半導體層106的導電類型與第一重摻雜半導體層105的導電類型相反。本實施例中，所述第二重摻雜半導體層106的導電類型為N型，其摻雜離子為Si離子，摻雜離子的濃度范圍為lE19/cm3 9E21/cm3。所述第二重摻雜半導體層106的厚度范圍為I 15納米。所述第二重摻雜半導體層106的摻雜離子的濃度為所述第三半導體層107的摻雜離子的濃度的100倍以上，從而一方面可以提高第三半導體層107中的電流分布的均勻性，另一方面，所述第二重摻雜半導體層106與第一重摻雜半導體層105之間能夠形成隧道結，從而使得電子更容易通過該隧道結，有利于進一步降低LED外延結構的閾值電壓。所述第三半導體層107位于所述第二重摻雜半導體層106上。所述第三半導體層107與第二電極110電連接。所述第三半導體層107的導電類型與第一半導體層102的導電類型相同。所述第三半導體層107的材質(zhì)為II1-V族化合物，所述II1-V族化合物可以為 AlGaAs、InGaAs、GaAs 或 InAs0本實施例中，所述第三半導體層107的導電類型為N型。所述第三半導體層107的厚度范圍為30 3000納米。所述第三半導體層107用于使得外延結構的擴展電流均勻分布，從而使得透明粗化層108無需像現(xiàn)有的ITO層一樣同時具有電流擴展層和光線透過層的兩種功能，本領域技術人員可以對透明粗化層108的結構和制作工藝進行進一步改良而無需考慮其對外延結構的擴展電流的均勻性的分布，在滿足更多光線透過透明粗化層108的同時也提高了外延結構的內(nèi)量子效率。為了獲得更好的電流擴展效果，所述第三半導體層107的電阻應與所述第一半導體層102的電阻接近。作為優(yōu)選的實施例，所述第三半導體層107的電阻為第一半導體層102的電阻的0.8 1.2倍，比如所述第三半導體層107的電阻可以為第一半導體層102的電阻的0.8倍、0.9倍、1.1倍或1.2倍，較為優(yōu)選地，所述第三半導體層107的電阻等于所述第一半導體層102的電阻。所述透明粗化層108用于使得光線透出，所述透明粗化層108的上表面(即遠離襯底100 —側的表面)為粗化處理的表面以使得更多的光線透過，所述透明粗化層108的折射率介于所述第三半導體層107的折射率與所述上表面面對的介質(zhì)的折射率之間。所述透明粗化層108的材質(zhì)為氧化錫銦，其折射率范圍為1.6 2.1。所述透明粗化層108的厚度不小于50納米。在其他的實施例中，所述透明粗化層108的材質(zhì)還可以為氧化鋅或氧化鋁鋅，或者所述透明粗化層108的材質(zhì)還可以為氧化鋅層、氧化錫銦層和氧化鋁鋅層中的至少兩層堆疊構成的復合材料；或所述透明粗化層108的材質(zhì)還可以為氧化鋅、氧化錫銦、氧化鋁鋅以一定的比例構成的復合材料。作為可選的實施例，所述透明粗化層108對波長為450 475內(nèi)米的光線的吸收率不超過15%，這樣減少了多量子阱層103發(fā)出的光線在透過所述透明粗化層108時被該透明粗化層108反射吸收比例，提高了 LED外延結構的外量子效率。作為可選的實施例，所述透明粗化層108包括至少兩層:低速沉積層(圖中未示出)，以較低的沉積速率形成，以提高所述低速沉積層與下方的材料層的結合的強度；高速沉積層(圖中未示出)，以較高的沉積速率形成，以使得形成的高速沉積層的上表面為粗糙的表面，所述高速沉積層形成于所述低速沉積層的上方，且所述高速沉積層的沉積速率大于所述低速沉積層的沉積速率。采用本發(fā)明實施例的透明粗化層的結構，一方面保證了透明粗化層與下方的材料層的結合的強度；另一方面也保證了透明粗化層的上表面為粗糙的表面。作為本發(fā)明的一個實施例，所述透明粗化層的材質(zhì)為氧化錫銦，所述低速沉積層的沉積速率為0.5 2埃每秒，形成的低速沉積層與下方的材料層緊密結合，所述高速沉積層的沉積速率不小于10埃每秒，保證透明粗化層的上表面的粗糙程度。在本發(fā)明的一個實施例中，所述低速沉積層的厚度范圍為10 800埃，所述高速沉積層的厚度范圍為500 2000埃。為了在保證能夠較快地形成所述透明粗化層，所述低速沉積層的厚度應小于所述高速沉積層的厚度。作為一個實施例，所述透明粗化層108上還形成有封裝保護層(圖中未示出)，位于所述透明粗化層108的上表面上。所述封裝保護層108的材質(zhì)為氧化硅、環(huán)氧樹脂。本實施例中，所述封裝保護層108的材質(zhì)為氧化硅，其折射率約為1.5。在本發(fā)明的其他實施例中，所述封裝保護層108的材質(zhì)還可以為氧化硅層和環(huán)氧樹脂層堆疊形成的復合材料，或者所述封裝保護層108的材質(zhì)還可以為氧化硅與環(huán)氧樹脂以一定的比例混合形成的復合材料。請結合圖3所示的本發(fā)明的又一實施例的外延結構的示意圖，與前一實施例相同的結構采用相同的標號表示。本實施例與前一實施例的區(qū)別在于，本實施例中第二半導體層104和第三半導體層107之間只有第一重摻雜半導體層105。作為一個實施例，所述第一重摻雜半導體層105的導電類型為N型。在本發(fā)明的其他實施例中，所述第一重摻雜半導體層105的導電類型也可以為P型。綜上，本發(fā)明提供的LED外延結構包括:襯底、位于襯底上的第一半導體層、多量子阱層、第二半導體層、第三半導體層，所述第三半導體層作為LED外延結構的電流擴展層，其導電類型與第一半導體層的導電類型相同，從而使得LED外延結構的擴展電流的分布更加均勻，提高了 LED外延結構的內(nèi)量子效率；進一步優(yōu)化地，本發(fā)明在所述第三半導體層上設置透明粗化層，所述透明粗化層作為光線的出光層，用于使得光線透過，所述透明粗化層具有粗化的表面，并且透明粗化層的折射率大于其上方的介質(zhì)的折射率，減小了光線在所述粗化的表面處的全反射，提高了該透明粗化層的出光效率，提高了 LED外延結構的外量子效率；進一步優(yōu)化地，所述第三半導體層的電阻與所述第一半導體層的電阻接近，從而進一步提高了外延結構的擴展電流分布的均勻性，進一步提高了外延結構的電流分布的均勻性，當所述第三半導體層的電阻為第一半導體層的電阻的0.8 1.2倍時，所述外延結構的電流分布更加均勻；進一步優(yōu)化地，在所述第二半導體層和第三半導體層之間設置第一重摻雜半導體層，所述第一重摻雜半導體層的導電類型與第二半導體層或第三半導體層的導電類型相同從而降低了 LED外延結構制作的LED芯片的閾值電壓；進一步優(yōu)化地，在所述第二半導體層和第三半導體層之間設置導電類型相反的第一重摻雜半導體層和第二重摻雜半導體層，在外延結構中形成隧道結(tunnel junction),有助于進一步降低LED外延結構制作的LED芯片的閾值電壓；進一步優(yōu)化地，所述透明粗化層包括以較低的沉積速率形成的低速沉積層與以較高的沉積速率形成的高速沉積層，一方面保證了透明粗化層與下方的材料層的結合的強度；另一方面也保證了透明粗化層的上表面為粗糙的表面。雖然本發(fā)明己以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1.一種LED外延結構,包括:襯底,所述襯底上形成有第一半導體層；多量子講層，位于所述第一半導體層上；第二半導體層，位于所述多量子阱層上，所述第二半導體層與第一半導體層的導電類型相反，其特征在于，還包括: 第三半導體層，位于第二半導體層上，所述第三半導體層的導電類型與第一半導體層的導電類型相同以提高擴展電流分布的均勻性，所述第三半導體層的材質(zhì)為πι-v族化合物。
2.如權利要求1所述的LED外延結構，其特征在于，還包括:透明粗化層，位于所述第三半導體層上，所述透明粗化層用于使得光線透出，所述透明粗化層的上表面為粗化處理的表面以使得更多的光線透過，所述透明粗化層的折射率介于所述第三半導體層的折射率與所述上表面面對的介質(zhì)的折射率之間。
3.如權利要求2所述的LED外延結構，其特征在于，還包括:封裝材料層，位于所述透明粗化層上，所述透明粗化層的折射率介于所述第三半導體層與所述封裝材料層的折射率之間。
4.如權利要求3所述的LED外延結構，其特征在于，所述透明粗化層的折射率范圍為1.6 2.1。
5.如權利要求3所述的LED外延結構，其特征在于，所述透明粗化層的材質(zhì)為氧化錫銦、氧化鋅、氧化鋁鋅或上述材料中的至少兩種構成的復合材料。
6.如權利要求2所述的LED外延結構，其特征在于，所述透明粗化層包括至少兩層:低速沉積層，以較低的沉積速率形成，以提高所述低速沉積層與下方的材料層的結合的強度；高速沉積層，以較高的沉積速率形成，以使得形成的高速沉積層的上表面為粗糙的表面，所述高速沉積層形成于所述低速沉積層的上方，且所述高速沉積層的沉積速率大于所述低速沉積層的沉積速率。
7.如權利要求6所述的LED外延結構，其特征在于，所述低速沉積層的厚度范圍為10 800埃，所述高速沉積層的厚度范圍為500 2000埃。
8.如權利要求6所述的LED外延結構，其特征在于，所述低速沉積層的厚度小于所述高速沉積層的厚度。
9.如權利要求6所述的LED外延結構，其特征在于，所述低速沉積層的沉積速率為0.5 2埃每秒，所述高速沉積層的沉積速率不小于10埃每秒。
10.如權利要求2或6所述的LED外延結構，其特征在于，所述透明粗化層對波長為450 475納米的光線的吸收率不超過15%。
11.如權利要求6所述的LED外延結構，其特征在于，所述透明粗化層的材質(zhì)為氧化錫銦。
12.如權利要求1所述的LED外延結構，其特征在于，所述第一半導體層的導電類型和第三半導體層的導電類型為N型，所述第二半導體層的導電類型為P型。
13.如權利要求1所述的LED外延結構，其特征在于，還包括:第一重摻雜半導體層，位于所述第二半導體層與所述第三半導體層之間。
14.如權利要求13所述的LED外延結構,其特征在于，所述第一重摻雜半導體層的導電類型與所述第二半導體層的導電類型相同。
15.如權利要求13所述的LED外延結構,其特征在于,所述第一重摻雜半導體層的導電類型為P型，所述第一重摻雜半導體層的摻雜離子的濃度為所述第二半導體層的摻雜離子濃度的100倍以上。
16.如權利要求13 15中任一權利要求所述的LED外延結構，其特征在于，所述第一重摻雜半導體層的摻雜離子為Mg離子。
17.如權利要求13所述的LED外延結構，其特征在于，還包括:第二重摻雜半導體層，位于所述第一重摻雜半導體層與第三半導體層之間，所述第二重摻雜半導體層的導電類型與所述第三半導體層的導電類型相同。
18.如權利要求17所述的LED外延結構，其特征在于，所述第二重摻雜半導體層的導電類型為N型，所述第二重摻雜半導體層的摻雜離子的濃度為所述第三半導體層的摻雜離子的濃度的100倍以上。
19.如權利要求17所述的LED外延結構，其特征在于，所述第二重摻雜半導體層的摻雜離子為Si離子。
20.如權利要求1所述的LED外延結構，其特征在于，所述襯底的材質(zhì)為藍寶石、氧化鋅、碳化硅、硅或上述材料中的至少兩種構成的復合材料。
21.如權利要求1所述的 LED外延結構，其特征在于，所述第一半導體層的材質(zhì)為N型氮化鎵，所述第二半導體層的材質(zhì)為P型氮化鎵，所述第三半導體層的材質(zhì)為N型氮化鎵。
22.如權利要求1所述的LED外延結構，其特征在于，所述第三半導體層的電阻為所述第一半導體層電阻的0.8 1.2倍。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種LED外延結構，包括襯底，所述襯底上形成有第一半導體層；多量子阱層，位于所述第一半導體層上；第二半導體層，位于所述多量子阱層上，所述第二半導體層與第一半導體層的導電類型相反，還包括第三半導體層，位于第二半導體層上，所述第三半導體層的導電類型與第一半導體層的導電類型相同以提高擴展電流分布的均勻性，所述第三半導體層的材質(zhì)為III-V族化合物。本發(fā)明提高了LED外延結構的量子效率。
文檔編號H01L33/04GK103078020SQ20121027505
公開日2013年5月1日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權日2012年8月3日
發(fā)明者林翔, 馬培培, 陳勇, 梁秉文 申請人:光達光電設備科技(嘉興)有限公司