CN115000259A - Led外延结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED外延结构及其制备方法，其中所述LED外延结构从下至上依次包括：位于衬底上的底部缓冲层、分布式布拉格反射镜层、第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层，其中分布式布拉格反射镜层从下至上依次包括第一分布式布拉格反射镜层、过渡层和第二分布式布拉格反射镜层，第一分布式布拉格反射镜层为第一AlAs层和AlGaAsP层交替排列的周期性结构；第二分布式布拉格反射镜层为第二AlAs层和AlGaAs层交替排列的周期性结构。本发明通过分布式布拉格反射镜层的结构设置，可以降低由于分布式布拉格反射镜层高周期数引起的外延结构的高翘曲度，减少后续芯片制程中的划伤和碎片风险。
Description
技术领域
本发明的技术方案属于LED外延生长技术领域，具体涉及一种LED外延结构及其制备方法。
背景技术
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种能发光的半导体电子元件。近年来LED因其具有耗电低、寿命长、体积小、节能环保等优点得到了广泛的应用，例如可以应用于室内外照明、交通灯、背光源等领域。
现有的LED为了提高其发光亮度，通常在衬底与有源层之间生长DBR层(distributed Bragg reflection，分布式布拉格反射镜)，所述DBR层是由两种不同折射率的材料交替排列组成的周期结构，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4n(n为每层材料的折射率)。
通常DBR层采用低折射率的AlAs层和高折射率的AlGaAs层交替排列形成周期性结构，由于这两种材料与红黄光LED通常采用的AlGaInP体系存在较大的晶格失配，并且周期性结构会将这种晶格失配放大，所以DBR层的周期数一般不宜太高。但黄光LED由于其本身发光强度低，为了获得高亮度的黄光LED，通常需要高周期数的DBR层，导致外延结构本身带有较大的翘曲度，在进行芯片制程时，这种翘曲很容易在芯片表面造成划伤，甚至碎片，成品良率大幅降低。
因此，有必要提供一种LED外延结构及制备方法，来降低DBR层的高周期数引起的外延结构的翘曲度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED外延结构及制备方法，以降低DBR层的高周期数引起的外延结构的高翘曲度，减少后续芯片制程中的划伤和碎片的风险，提高成品良率。
为了实现上述目的以及其他相关目的，本发明提供了一种LED外延结构，所述LED外延结构从下至上依次包括：位于衬底上的底部缓冲层、分布式布拉格反射镜层、第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层，其中所述分布式布拉格反射镜层从下至上依次包括第一分布式布拉格反射镜层、过渡层和第二分布式布拉格反射镜层，所述第一分布式布拉格反射镜层为第一AlAs层和AlGaAsP层交替排列的周期性结构；所述第二分布式布拉格反射镜层为第二AlAs层和AlGaAs层交替排列的周期性结构。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第一AlAs层的材料包括Al0.5As0.5；所述AlGaAsP层的材料包括(AlxGa1-x)0.5As0.3P0.2，其中0.5≤x≤0.8；所述第二AlAs层的材料包括Al0.5As0.5；所述AlGaAs层的材料包括(AlyGa1-y)0.5As0.5，其中0.5≤y≤0.8。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第一分布式布拉格反射镜层和所述第二分布式布拉格反射镜层中的每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4n，其中n为每层材料的折射率。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第一分布式布拉格反射镜层的周期数小于所述分布式布拉格反射镜层总周期数的二分之一，所述第二分布式布拉格反射镜层的周期数大于所述分布式布拉格反射镜层总周期数的二分之一。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第一分布式布拉格反射镜层的周期数为所述分布式布拉格反射镜层总周期数的四分之一，所述第二分布式布拉格反射镜层的周期数为所述分布式布拉格反射镜层总周期数的四分之三。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述过渡层的材料包括(AlaGa1-a)0.5As0.5-bPb，其中0.5≤a≤1，0≤b≤0.2。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述过渡层中的Al组分沿着所述第一分布式布拉格反射镜层指向第二分布式布拉格反射镜层的方向由x渐变至1；所述过渡层中的P组分沿着所述第一分布式布拉格反射镜层指向第二分布式布拉格反射镜层的方向由0.2渐变至0。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述过渡层的厚度为10nm～50nm。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述分布式布拉格反射镜层掺杂Si，且掺杂浓度为1E18cm-3～1E19cm-3。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第一型半导体层从下至上依次包括第一型限制层和第一阻挡层。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第二型半导体层从下至上依次包括第二阻挡层、第二型限制层、第二型窗口层以及第二型欧姆接触层。
为了实现上述目的以及其他相关目的，本发明还提供了一种LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长的底部缓冲层和分布式布拉格反射镜层，其中所述分布式布拉格反射镜层从下至上依次包括第一分布式布拉格反射镜层、过渡层和第二分布式布拉格反射镜层，所述第一分布式布拉格反射镜层为第一AlAs层和AlGaAsP层交替排列的周期性结构；所述第二分布式布拉格反射镜层为第二AlAs层和AlGaAs层交替排列的周期性结构；
在所述分布式布拉格反射镜层上依次生长第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第一AlAs层的材料包括Al0.5As0.5；所述AlGaAsP层的材料包括(AlxGa1-x)0.5As0.3P0.2，其中0.5≤x≤0.8；所述第二AlAs层的材料包括Al0.5As0.5；所述AlGaAs层的材料包括(AlyGa1-y)0.5As0.5，其中0.5≤y≤0.8。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第一分布式布拉格反射镜层和所述第二分布式布拉格反射镜层中的每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4n，其中n为每层材料的折射率。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第一分布式布拉格反射镜层的周期数小于所述分布式布拉格反射镜层总周期数的二分之一，所述第二分布式布拉格反射镜层的周期数大于所述分布式布拉格反射镜层总周期数的二分之一。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第一分布式布拉格反射镜层的周期数为所述分布式布拉格反射镜层总周期数的四分之一，所述第二分布式布拉格反射镜层的周期数为所述分布式布拉格反射镜层总周期数的四分之三。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述过渡层的材料包括(AlaGa1-a)0.5As0.5-bPb，其中0.5≤a≤1，0≤b≤0.2。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述过渡层中的Al组分沿着所述第一分布式布拉格反射镜层指向第二分布式布拉格反射镜层的方向由x渐变至1；所述过渡层中的P组分沿着所述第一分布式布拉格反射镜层指向第二分布式布拉格反射镜层的方向由0.2渐变至0。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述过渡层的厚度为10nm～50nm。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述分布式布拉格反射镜层掺杂Si，且掺杂浓度为1E18cm-3～1E19cm-3。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第一型半导体层从下至上依次包括第一型限制层和第一阻挡层。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第二型半导体层从下至上依次包括第二阻挡层、第二型限制层、第二型窗口层以及第二型欧姆接触层。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明的第一分布式布拉格反射镜层为第一AlAs层和AlGaAsP层交替排列的周期性结构，第二分布式布拉格反射镜层为第二AlAs层和AlGaAs层交替排列的周期性结构，所述第一分布式布拉格反射镜层和第二分布式布拉格反射镜层共同构成了分布式布拉格反射镜层，可以平衡高周期数分布式布拉格反射镜层引起的高翘曲度，同时兼顾了分布式布拉格反射镜层需求的高反射率。
而且本发明在第一分布式布拉格反射镜层和第二分布式布拉格反射镜层之间设置过渡层，过渡层为Al组分、Ga组分、P组分和As组分渐变的结构层，能够有利于应力的释放，减少缺陷的产生，进而保证分布式布拉格反射镜层的生长质量。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例的LED外延结构的结构示意图；
图2是本发明一实施例的第一分布式布拉格反射镜层的结构示意图；
图3是本发明一实施例的第二分布式布拉格反射镜层的结构示意图；
图4是本发明一实施例的LED外延结构的制备方法的流程图；
图1中：
10-衬底，20-外延结构，201-底部缓冲层，202-第一分布式布拉格反射镜层，203-过渡层，204-第二分布式布拉格反射镜层，205-第一型限制层，206-第一阻挡层，207-有源层，208-第二阻挡层，209-第二型限制层，210-第二型窗口层，211-第二型欧姆接触层；
图2中：
2021-第一AlAs层，2022-AlGaAsP层；
图3中：
2041-第二AlAs层，2042-AlGaAs层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的LED外延结构及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在对按照本发明的实施方式进行说明之前，事先对下述内容进行说明。首先，在本说明书中，仅标记为“AlGaAs”时，表示Al、Ga的总和与As的化学组成比为1：1，Al与Ga的比率不固定的任意的化合物。
图1示出了一种LED外延结构的结构示意图。参阅图1，所述LED外延结构20从下至上依次包括：位于衬底10上的底部缓冲层201、分布式布拉格反射镜层、第一型半导体层、有源层207以及第二型半导体层。
所述分布式布拉格反射镜层从下至上依次包括第一分布式布拉格反射镜层202、过渡层203以及第二分布式布拉格反射镜层204。
参阅图2和图3，所述第一分布式布拉格反射镜层202为第一AlAs层2021和AlGaAsP层2022交替排列的周期性结构；所述第二分布式布拉格反射镜层204为第二AlAs层2041和AlGaAs层2042交替排列的周期性结构。
所述第一型半导体层从下至上依次包括第一型限制层205和第一阻挡层206。在其他实施例中，所述第一型半导体层还可以包括位于所述第一型限制层205和分布式布拉格反射镜层之间的第一型欧姆接触层和第一型窗口层。
所述第二型半导体层从下至上依次包括：第二阻挡层208、第二型限制层209、第二型窗口层210以及第二型欧姆接触层211。所述第一阻挡层206与第二阻挡层208为无掺杂的结构层。
所述第一型半导体层与所述第二型半导体层的极性相反，例如，所述第一型半导体层为n型半导体层，则对应的所述第二型半导体层为p型半导体层。相应的，所述n型半导体层包括依次堆叠的n型限制层和第一阻挡层。所述p型半导体层包括依次堆叠的第二阻挡层、p型限制层、p型窗口层以及p型欧姆接触层。
参阅图4，所述LED外延结构20的制备方法具体包括以下步骤：
步骤S1：提供一衬底；
步骤S2：在所述衬底上依次生长的底部缓冲层和分布式布拉格反射镜层，其中所述分布式布拉格反射镜层从下至上依次包括第一分布式布拉格反射镜层、过渡层和第二分布式布拉格反射镜层，所述第一分布式布拉格反射镜层为第一AlAs层和AlGaAsP层交替排列的周期性结构；所述第二分布式布拉格反射镜层为第二AlAs层和AlGaAs层交替排列的周期性结构；
步骤S3：在所述分布式布拉格反射镜层上依次生长第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层。
所述LED外延结构的制备工艺为金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)工艺、分子束外延(MBE)工艺、超高真空化学气相沉积(UHVCVD)、氢化物气相外延(HVPE)工艺、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)以及溅射法中的任意一种，优选为MOCVD工艺。以下具体实施例中以MOCVD工艺为例进行说明。
在步骤S1中，所述衬底10优选为GaAs(砷化镓)衬底，也可以为Si(硅)衬底，但不限于此。
在步骤S2中，在所述衬底10上生长底部缓冲层201。所述底部缓冲层201的厚度优选为100nm～500nm，例如，在MOCVD生长炉的反应室内生长200nm厚度的底部缓冲层201。所述底部缓冲层201优选材料为GaAs，但不限于此。
在生长所述底部缓冲层201之后，在所述底部缓冲层201上生长分布式布拉格反射镜层，所述分布式布拉格反射镜层从下至上依次包括第一分布式布拉格反射镜层202、过渡层203和第二分布式布拉格反射镜层204。
所述分布式布拉格反射镜层的总周期数范围优选为32～80。所述第一分布式布拉格反射镜层202和第二分布式布拉格反射镜层204中的每层厚度为反射中心波长的1/4n(n为每层材料的折射率，在黄光波段中，nAlAs＝3.2，nAlGaAs＝3.9)。所述分布式布拉格反射镜层中掺杂第一型掺杂剂，例如n型掺杂剂，可以为硅(Si)、碲(Te)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第一型掺杂剂优选为Si。
在所述底部缓冲层201上生长所述第一分布式布拉格反射镜层202，且所述第一分布式布拉格反射镜层202为第一AlAs层2021和AlGaAsP层2022交替排列的周期性结构。所述第一分布式布拉格反射镜层202的周期数小于所述分布式布拉格反射镜层总周期数的二分之一，而为了兼顾高反射率和低翘曲度，所述第一分布式布拉格反射镜层202的周期数优选为所述分布式布拉格反射镜层总周期数的四分之一，即所述第一分布式布拉格反射镜层202的周期数优选为8～20。
所述第一分布式布拉格反射镜层202中掺杂第一型掺杂剂，例如n型掺杂剂，可以为硅(Si)、碲(Te)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第一型掺杂剂优选为Si。所述第一分布式布拉格反射镜层202中掺杂的第一型掺杂剂的浓度优选为1E18cm-3～1E19cm-3。
所述第一AlAs层2021的材料包括Al0.5As0.5，但不限于此。所述AlGaAsP层2022的材料包括(AlxGa1-x)0.5As0.3P0.2，其中0.5≤x≤0.8。所述第一分布式布拉格反射镜层202中的每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4n，其中n为每层材料的折射率，在黄光波段中，nAlAs＝3.2，AlGaAsP折射率会受到Al组分的影响，Al组分越高折射率越低，nAlGaAsP的范围为3.8～3.1。进一步的，所述第一分布式布拉格反射镜层202中每个周期生长30nm～50nm厚度的第一AlAs层2021的厚度和20nm～60nm厚度的AlGaAsP层2022。例如，在MOCVD生长炉的反应室内，46nm厚度的Al0.5As0.5和45nm厚度的(Al0.7Ga0.3)0.5As0.3P0.2以ABAB方式交替排列成18个周期的第一分布式布拉格反射镜层202。
所述过渡层203的厚度优选为10nm～50nm，且所述过渡层203中掺杂第一型掺杂剂，例如n型掺杂剂，可以为硅(Si)、碲(Te)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第一型掺杂剂优选为Si。所述过渡层203中掺杂的第一型掺杂剂的浓度优选为1E18cm-3～1E19cm-3。
所述过渡层203为Al组分、Ga组分、P(磷)组分和As组分渐变的结构层。所述过渡层203的材料优选为(AlaGa1-a)0.5As0.5-bPb，0.5≤a≤1，0≤b≤0.2，沿着所述第一分布式布拉格反射镜层202指向第二分布式布拉格反射镜层204的方向，Al组分a由x渐变到1，P组分b由0.2渐变到0。例如，在MOCVD生长炉的反应室内生长20nm厚度的过渡层203，所述过渡层203开始时生长(Al0.7Ga0.3)0.5As0.3P0.2，然后Al组分从生长开始到结束由0.7渐变至1，P组分从生长开始到结束由0.2渐变至0，As组分从生长开始到结束由0.3渐变至0.5，即所述过渡层203结束生长时为Al0.5As0.5。
本实施例中，所述过渡层203的材料的晶格常数开始时与第一分布式布拉格反射镜层202的材料比较接近，然后渐变至与所述第二分布式布拉格反射镜层202比较接近，能够更好的释放第一分布式布拉格反射镜层202与所述第二分布式布拉格反射镜层202之间的失配应力，提高晶体质量。
在生长完所述过渡层203之后，在所述过渡层203上生长所述第二分布式布拉格反射镜层204。所述第二分布式布拉格反射镜层204为第二AlAs层2041和AlGaAs层2042交替排列的周期性结构。所述第二分布式布拉格反射镜层204的周期数大于所述分布式布拉格反射镜层总周期数的二分之一，而为了兼顾高反射率和低翘曲度，所述第二分布式布拉格反射镜层204的周期数优选为所述分布式布拉格反射镜层总周期数的四分之三，即所述第二分布式布拉格反射镜层204的周期数优选为24～60。
所述第二分布式布拉格反射镜层204中掺杂第一型掺杂剂，例如n型掺杂剂，可以为硅(Si)、碲(Te)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第一型掺杂剂优选为Si。所述第二分布式布拉格反射镜层204中掺杂的第一型掺杂剂的浓度优选为1E18cm-3～1E19cm-3。
所述第二AlAs层2041的材料包括Al0.5As0.5，但不限于此。所述AlGaAs层2042的材料包括(AlyGa1-y)0.5As0.5，其中0.5≤y≤0.8。所述AlGaAs层2042的材料中的Al组分优选与所述AlGaAsP层2022中的Al组分相同，即y＝x。所述第二分布式布拉格反射镜层204中的每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4n，其中n为每层材料的折射率，在黄光波段时，nAlAs＝3.2，nAlGaAs＝3.9。进一步的，所述第二分布式布拉格反射镜层204中每个周期生长30nm～50nm厚度的第二AlAs层2041的厚度和20nm～60nm厚度的AlGaAs层2042。例如，在MOCVD生长炉的反应室内，46nm厚度的Al0.5As0.5和38nm厚度的(Al0.7Ga0.3)0.5As0.5以ABAB方式交替排列成54个周期的第二分布式布拉格反射镜层204。
现有技术中，由于有源层的AlGaInP和第二型窗口层的GaP的晶格常数小于AlAs和AlGaAs，较大的晶格失配导致在生长过程中产生较大的张应变，并且DBR(分布式布拉格反射镜层)的周期数越多，应变越大，外延结构的翘曲度也增大。若使用AlAs和AlGaAsP作为DBR的材料，由于P(磷)的加入可以使晶格常数变小，以平衡DBR和AlGaInP体系的晶格差异。但AlAs与AlGaAsP组成的结构作为反射镜的反射效果不如AlAs与AlGaAs组成的结构，与希望得到高亮度的黄光LED的初衷相悖。而本实施例采用AlAs与AlGaAs组成的结构(即第二分布式布拉格反射镜层)和AlAs与AlGaAsP组成的结构(第一分布式布拉格反射镜层)来形成混合分布式布拉格反射镜层结构，即通过将一部分周期的AlAs与AlGaAs组成的结构改为AlAs与AlGaAsP组成的结构，以平衡高周期数分布式布拉格反射镜层引起的高翘曲度，同时兼顾了分布式布拉格反射镜层需求的高反射率。
由于第一分布式布拉格反射镜层与第二分布式布拉格反射镜层之间的晶格常数存在差异，直接在第一分布式布拉格反射镜层上生长第二分布式布拉格反射镜层容易导致第二分布式布拉格反射镜层的晶体质量变差，而本实施例在第一分布式布拉格反射镜层与第二分布式布拉格反射镜层之间设计了过渡层，过渡层的材料为Al组分、Ga组分、P组分和As组分渐变的结构层，能够有利于失配应力的释放，减少缺陷的产生，进而可以保证分布式布拉格反射镜层的生长质量。
在本实施例中，所述第二分布式布拉格反射镜层204为第二AlAs层2041和AlGaAs层2042交替排列的周期性结构，所述第一分布式布拉格反射镜层202为第一AlAs层2021和AlGaAsP层2022交替排列的周期性结构，所述第二分布式布拉格反射镜层204的反射率高于所述第一分布式布拉格反射镜层202，其对光的吸收小于所述第一分布式布拉格反射镜层202，将所述第二分布式布拉格反射镜层204设置在更靠近有源层207的一侧，能够更多的反射有源层207发射的光，提高分布式布拉格反射镜层的反射率，进而提高LED外延结构的发光效率。
在步骤S3中，在生长所述分布式布拉格反射镜层之后，在所述分布式布拉格反射镜层上生长第一型半导体层。所述第一型半导体层从下至上依次包括第一型限制层205以及第一阻挡层206。
在生长所述分布式布拉格反射镜层之后，在所述分布式布拉格反射镜层上生长第一型限制层205。所述第一型限制层205用于提供电子。所述第一型限制层205的厚度优选为300nm～800nm。所述第一型限制层205优选材料为AlInP，但不限于此。例如，在MOCVD生长炉的反应室内生长400nm厚度的第一型限制层205。所述第一型限制层205中掺杂第一型掺杂剂，例如n型掺杂剂，可以为硅(Si)、碲(Te)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第一型掺杂剂优选为Si。
在生长所述第一型限制层205之后，在所述第一型限制层205上生长第一阻挡层206。所述第一阻挡层206的厚度优选为50nm～200nm。例如，在MOCVD生长炉的反应室内生长100nm厚度的第一阻挡层206。所述第一阻挡层206优选材料为AlGaInP，但不限于此。所述第一阻挡层为无掺杂的结构层。
在生长所述第一阻挡层206之后，在所述第一阻挡层206上生长所述有源层207。所述有源层207的材料优选为AlGaInP，其厚度优选为300nm～600nm，例如400nm。所述有源层207优选为多量子阱结构，即所述有源层207优选为量子阱和量子垒组成的周期性结构，且所述有源层207的周期数优选为30～80。例如在MOCVD生长炉的反应室内生长40个周期的有源层207。
在生长所述有源层207之后，在所述有源层207上生长第二型半导体层。所述第二型半导体层从下至上依次包括：第二阻挡层208、第二型限制层209、第二型窗口层210和第二型欧姆接触层211。
因此，在生长所述有源层207之后，在所述有源层207上生长第二阻挡层208。所述第二阻挡层208优选材料为AlGaInP，但不限于此。所述第二阻挡层为无掺杂的结构层。
所述第二阻挡层208的厚度优选为100nm～300nm，例如，在MOCVD生长炉的反应室内生长200nm厚度的第二阻挡层208。
在生长所述第二阻挡层208之后，在所述第二阻挡层208上生长第二型限制层209。所述第二型限制层209用于提供空穴。而且所述第一型限制层205和所述第二型限制层209作为限制层主要有两个作用，一方面是提供电子-空穴对进入有源层207复合发光；另一方面是限制少数载流子不溢出有源层207，提高复合发光效率。
所述第二型限制层209的材料优选为AlInP，但不限于此。所述第二型限制层209中掺杂第二型掺杂剂，例如p型掺杂剂，可以为镁(Mg)、锌(Zn)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第二型掺杂剂优选为Mg。
所述第二型限制层209的厚度优选为200nm～600nm。例如在MOCVD生长炉的反应室内生长400nm厚度的第二型限制层209。
在生长所述第二型限制层209之后，在所述第二型限制层209上生长第二型窗口层210。所述第二型窗口层210用于电流扩展，防止电流在器件上分布不均匀。所述第二型窗口层210的材料优选为GaP，但不限于此。第二型窗口层210的掺杂源优选为Mg，但不限于此。所述第二型窗口层210的厚度优选为500nm～1500nm。例如，在MOCVD生长炉的反应室内生长1000nm厚度的第二型窗口层210。
在生长所述第二型窗口层210之后，在所述第二型窗口层210上生长所述第二型欧姆接触层211。所述第二型欧姆接触层211用于与金属电极形成欧姆接触。所述第二型欧姆接触层211的材料优选为GaP，但不限于此。所述第二型欧姆接触层211中可以掺杂碳(C)。
所述第二型欧姆接触层211的厚度优选为100nm～250nm。例如，在MOCVD生长炉的反应室内生长200nm厚度的第二型欧姆接触层211。
本发明的第一分布式布拉格反射镜层为第一AlAs层和AlGaAsP层交替排列的周期性结构，第二分布式布拉格反射镜层为第二AlAs层和AlGaAs层交替排列的周期性结构，所述第一分布式布拉格反射镜层和第二分布式布拉格反射镜层共同构成了分布式布拉格反射镜层，可以平衡高周期数分布式布拉格反射镜层引起的高翘曲度，同时兼顾了分布式布拉格反射镜层需求的高反射率。
而且本发明在第一分布式布拉格反射镜层和第二分布式布拉格反射镜层之间设置过渡层，过渡层为Al组分、Ga组分、P组分和As组分渐变的结构层，能够有利于应力的释放，减少缺陷的产生，进而保证分布式布拉格反射镜层的生长质量。
此外，可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
而且还应该理解的是，本发明并不限于此处描述的特定的方法、化合物、材料、制造技术、用法和应用，它们可以变化。还应该理解的是，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”以及“该”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。因此，例如，对“一个步骤”引述意味着对一个或多个步骤的引述，并且可能包括次级步骤。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。因此，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此处描述的结构将被理解为还引述该结构的功能等效物。可被解释为近似的语言应该被那样理解，除非上下文明确表示相反意思。
Claims (22)
1.一种LED外延结构，其特征在于，所述LED外延结构从下至上依次包括：位于衬底上的底部缓冲层、分布式布拉格反射镜层、第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层，其中所述分布式布拉格反射镜层从下至上依次包括第一分布式布拉格反射镜层、过渡层和第二分布式布拉格反射镜层，所述第一分布式布拉格反射镜层为第一AlAs层和AlGaAsP层交替排列的周期性结构；所述第二分布式布拉格反射镜层为第二AlAs层和AlGaAs层交替排列的周期性结构。
2.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一AlAs层的材料包括Al0.5As0.5；所述AlGaAsP层的材料包括(AlxGa1-x)0.5As0.3P0.2，其中0.5≤x≤0.8；所述第二AlAs层的材料包括Al0.5As0.5；所述AlGaAs层的材料包括(AlyGa1-y)0.5As0.5，其中0.5≤y≤0.8。
3.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一分布式布拉格反射镜层和所述第二分布式布拉格反射镜层中的每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4n，其中n为每层材料的折射率。
4.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一分布式布拉格反射镜层的周期数小于所述分布式布拉格反射镜层总周期数的二分之一，所述第二分布式布拉格反射镜层的周期数大于所述分布式布拉格反射镜层总周期数的二分之一。
5.如权利要求4所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一分布式布拉格反射镜层的周期数为所述分布式布拉格反射镜层总周期数的四分之一，所述第二分布式布拉格反射镜层的周期数为所述分布式布拉格反射镜层总周期数的四分之三。
6.如权利要求2所述的LED外延结构，其特征在于，所述过渡层的材料包括(AlaGa1-a)0.5As0.5-bPb，其中0.5≤a≤1，0≤b≤0.2。
7.如权利要求6所述的LED外延结构，其特征在于，所述过渡层中的Al组分沿着所述第一分布式布拉格反射镜层指向第二分布式布拉格反射镜层的方向由x渐变至1；所述过渡层中的P组分沿着所述第一分布式布拉格反射镜层指向第二分布式布拉格反射镜层的方向由0.2渐变至0。
8.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述过渡层的厚度为10nm～50nm。
9.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述分布式布拉格反射镜层掺杂Si，且掺杂浓度为1E18cm-3～1E19cm-3。
10.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一型半导体层从下至上依次包括第一型限制层和第一阻挡层。
11.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第二型半导体层从下至上依次包括第二阻挡层、第二型限制层、第二型窗口层以及第二型欧姆接触层。
12.一种LED外延结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长的底部缓冲层和分布式布拉格反射镜层，其中所述分布式布拉格反射镜层从下至上依次包括第一分布式布拉格反射镜层、过渡层和第二分布式布拉格反射镜层，所述第一分布式布拉格反射镜层为第一AlAs层和AlGaAsP层交替排列的周期性结构；所述第二分布式布拉格反射镜层为第二AlAs层和AlGaAs层交替排列的周期性结构；
在所述分布式布拉格反射镜层上依次生长第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层。
13.如权利要求12所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一AlAs层的材料包括Al0.5As0.5；所述AlGaAsP层的材料包括(AlxGa1-x)0.5As0.3P0.2，其中0.5≤x≤0.8；所述第二AlAs层的材料包括Al0.5As0.5；所述AlGaAs层的材料包括(AlyGa1-y)0.5As0.5，其中0.5≤y≤0.8。
14.如权利要求12所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一分布式布拉格反射镜层和所述第二分布式布拉格反射镜层中的每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4n，其中n为每层材料的折射率。
15.如权利要求12所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一分布式布拉格反射镜层的周期数小于所述分布式布拉格反射镜层总周期数的二分之一，所述第二分布式布拉格反射镜层的周期数大于所述分布式布拉格反射镜层总周期数的二分之一。
16.如权利要求15所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一分布式布拉格反射镜层的周期数为所述分布式布拉格反射镜层总周期数的四分之一，所述第二分布式布拉格反射镜层的周期数为所述分布式布拉格反射镜层总周期数的四分之三。
17.如权利要求13所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述过渡层的材料包括(AlaGa1-a)0.5As0.5-bPb，其中0.5≤a≤1，0≤b≤0.2。
18.如权利要求17所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述过渡层中的Al组分沿着所述第一分布式布拉格反射镜层指向第二分布式布拉格反射镜层的方向由x渐变至1；所述过渡层中的P组分沿着所述第一分布式布拉格反射镜层指向第二分布式布拉格反射镜层的方向由0.2渐变至0。
19.如权利要求12所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述过渡层的厚度为10nm～50nm。
20.根据权利要求12所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述分布式布拉格反射镜层掺杂Si，且掺杂浓度为1E18cm-3～1E19cm-3。
21.如权利要求12所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一型半导体层从下至上依次包括第一型限制层和第一阻挡层。
22.如权利要求12所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第二型半导体层从下至上依次包括第二阻挡层、第二型限制层、第二型窗口层以及第二型欧姆接触层。
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