发光二极管的外延结构及其制造方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种发光二极管的外延结构及其制造方法。

背景技术：

1、发光二极管(led，light emitting diode)是一种低能耗的半导体发光元件，近年来广泛应用于数码、显示、照明及植物工程等多个领域。

2、合金散射在发光二极管中是一个重要的物理现象，它会对发光二极管的性能产生多方面的影响。首先，合金散射会影响发光二极管的光学性能：由于合金中金属原子的随机分布，导致光的传播路径受到影响，进而导致光的散射减弱，从而进一步影响发光二极管的发光效率、颜色均匀性以及光输出质量；其次，合金散射会直接影响载流子在发光二极管中的运动行为，可能导致载流子在合金中的迁移率增加，降低载流子的复合几率，从而影响发光二极管的电学性能；再次，合金散射还会引起载流子分布的不均匀性，进一步影响发光二极管的性能稳定性。

3、发光二极管中的量子阱层所采用的三元合金材料在生长过程中会出现原子失序的情况，这种级别的原子失序会引起显著的合金散射现象。

4、因此，提供一种发光二极管的外延结构及其制造方法，以改善发光二极管中的合金散射现象。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种发光二极管的外延结构及其制造方法，使得能够有效抑制发光二极管中的合金散射现象，从而提高发光二极管的光电性能。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种发光二极管的外延结构，包括自下向上的衬底、第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反，所述有源层包括周期性交替堆叠的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层为超晶格结构，所述超晶格结构包括周期性交替堆叠的第一二元合金材料层和第二二元合金材料层。

3、可选地，所述发光二极管为红光发光二极管时，所述第一二元合金材料层为gap层，所述第二二元合金材料层为inp层。

4、可选地，所述发光二极管为红外发光二极管时，所述第一二元合金材料层为gaas层，所述第二二元合金材料层为inas层；或者，所述第一二元合金材料层为gaas层，所述第二二元合金材料层为alas层。

5、可选地，所述第一二元合金材料层的厚度为1～3个单原子层，所述第二二元合金材料层的厚度为1～3个单原子层。

6、可选地，所述第一二元合金材料层和所述第二二元合金材料层交替堆叠的周期数为5～10。

7、可选地，所述量子阱层的厚度为6nm～12nm。

8、可选地，所述量子阱层和所述量子垒层交替堆叠的周期数为3～25。

9、可选地，所述发光二极管为红光发光二极管时，所述量子垒层为四元合金材料层。

10、可选地，所述发光二极管为红外发光二极管时，所述量子垒层为三元合金材料层。

11、本发明还提供一种发光二极管的外延结构的制造方法，包括：

12、提供一衬底；

13、依次形成第一半导体层、有源层和第二半导体层堆叠于所述衬底上，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反，所述有源层包括周期性交替堆叠的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层为超晶格结构，所述超晶格结构包括周期性交替堆叠的第一二元合金材料层和第二二元合金材料层。

14、可选地，所述发光二极管为红光发光二极管时，所述第一二元合金材料层为gap层，所述第二二元合金材料层为inp层。

15、可选地，所述发光二极管为红外发光二极管时，所述第一二元合金材料层为gaas层，所述第二二元合金材料层为inas层；或者，所述第一二元合金材料层为gaas层，所述第二二元合金材料层为alas层。

16、可选地，所述第一二元合金材料层的厚度为1～3个单原子层，所述第二二元合金材料层的厚度为1～3个单原子层。

17、可选地，所述第一二元合金材料层和所述第二二元合金材料层交替堆叠的周期数为5～10。

18、可选地，所述量子阱层的厚度为6nm～12nm。

19、可选地，所述量子阱层和所述量子垒层交替堆叠的周期数为3～25。

20、可选地，所述发光二极管为红光发光二极管时，所述量子垒层为四元合金材料层。

21、可选地，所述发光二极管为红外发光二极管时，所述量子垒层为三元合金材料层。

22、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

23、本发明的发光二极管的外延结构及其制造方法，由于有源层包括周期性交替堆叠的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层为超晶格结构，所述超晶格结构包括周期性交替堆叠的第一二元合金材料层和第二二元合金材料层，使得能够有效抑制发光二极管中的合金散射现象，从而提高发光二极管的光电性能。

技术特征：

1.一种发光二极管的外延结构，其特征在于，包括自下向上的衬底、第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反，所述有源层包括周期性交替堆叠的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层为超晶格结构，所述超晶格结构包括周期性交替堆叠的第一二元合金材料层和第二二元合金材料层。

2.如权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述发光二极管为红光发光二极管时，所述第一二元合金材料层为gap层，所述第二二元合金材料层为inp层。

3.如权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述发光二极管为红外发光二极管时，所述第一二元合金材料层为gaas层，所述第二二元合金材料层为inas层；或者，所述第一二元合金材料层为gaas层，所述第二二元合金材料层为alas层。

4.如权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述第一二元合金材料层的厚度为1～3个单原子层，所述第二二元合金材料层的厚度为1～3个单原子层。

5.如权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述第一二元合金材料层和所述第二二元合金材料层交替堆叠的周期数为5～10。

6.如权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述量子阱层的厚度为6nm～12nm。

7.如权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述量子阱层和所述量子垒层交替堆叠的周期数为3～25。

8.如权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述发光二极管为红光发光二极管时，所述量子垒层为四元合金材料层。

9.如权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其特征在于，所述发光二极管为红外发光二极管时，所述量子垒层为三元合金材料层。

10.一种发光二极管的外延结构的制造方法，其特征在于，包括：

11.如权利要求10所述的发光二极管的外延结构的制造方法，其特征在于，所述发光二极管为红光发光二极管时，所述第一二元合金材料层为gap层，所述第二二元合金材料层为inp层。

12.如权利要求10所述的发光二极管的外延结构的制造方法，其特征在于，所述发光二极管为红外发光二极管时，所述第一二元合金材料层为gaas层，所述第二二元合金材料层为inas层；或者，所述第一二元合金材料层为gaas层，所述第二二元合金材料层为alas层。

13.如权利要求10所述的发光二极管的外延结构的制造方法，其特征在于，所述第一二元合金材料层的厚度为1～3个单原子层，所述第二二元合金材料层的厚度为1～3个单原子层。

14.如权利要求10所述的发光二极管的外延结构的制造方法，其特征在于，所述第一二元合金材料层和所述第二二元合金材料层交替堆叠的周期数为5～10。

15.如权利要求10所述的发光二极管的外延结构的制造方法，其特征在于，所述量子阱层的厚度为6nm～12nm。

16.如权利要求10所述的发光二极管的外延结构的制造方法，其特征在于，所述量子阱层和所述量子垒层交替堆叠的周期数为3～25。

17.如权利要求10所述的发光二极管的外延结构的制造方法，其特征在于，所述发光二极管为红光发光二极管时，所述量子垒层为四元合金材料层。

18.如权利要求10所述的发光二极管的外延结构的制造方法，其特征在于，所述发光二极管为红外发光二极管时，所述量子垒层为三元合金材料层。

技术总结
本发明提供了一种发光二极管的外延结构及其制造方法，发光二极管的外延结构包括自下向上的衬底、第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反，所述有源层包括周期性交替堆叠的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层为超晶格结构，所述超晶格结构包括周期性交替堆叠的第一二元合金材料层和第二二元合金材料层。本发明的技术方案使得能够有效抑制发光二极管中的合金散射现象，从而提高发光二极管的光电性能。

技术研发人员：谢岚驰,李森林,毕京锋
受保护的技术使用者：厦门士兰明镓化合物半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23