一種降低藍(lán)光led缺陷密度的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種降低藍(lán)光LED缺陷密度的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，涉及發(fā)光二極管外延【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明從下至上依次包括圖形化的藍(lán)寶石襯底、AlN緩沖層、U型GaN層、N型GaN層、有源區(qū)、電子阻擋層和P型GaN層。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述U型GaN層的生長厚度為1-10um，U型GaN層中間插入一層AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻擋層，其中Al的組分為0.01<X<1。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能有效降低位錯(cuò)密度，提高外延層的晶體質(zhì)量，提升藍(lán)光LED的發(fā)光效率。
【專利說明】一種降低藍(lán)光LED缺陷密度的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管外延【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是能降低藍(lán)光LED缺陷密度的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著LED行業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)于LED亮度的要求越來越高，不斷在致力于提高LED亮度。在藍(lán)光領(lǐng)域影響亮度的原因主要有以下幾點(diǎn):一、襯底與外延層之間有較大晶格失配；二、有源區(qū)MQW能帶彎曲；三、高空穴濃度。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，藍(lán)光LED發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)是從下至上依次包括圖形化的藍(lán)寶石襯底、AlN緩沖層、U型GaN層、N型GaN層、有源區(qū)、電子阻擋層和P型GaN層組成，如圖1所示，藍(lán)光LED生長過程中由于襯底和外延層之間有較大的晶格失配和熱失配，其位錯(cuò)密度達(dá)19 cm-2以上。因此，產(chǎn)生自發(fā)極化和壓電效應(yīng)，從而形成較強(qiáng)的內(nèi)建電場(chǎng)，促使能帶的彎曲，降低波函數(shù)的復(fù)合的幾率，LED的發(fā)光效率也將明顯的下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種降低藍(lán)光LED缺陷密度的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。它能有效降低位錯(cuò)密度，提高外延層的晶體質(zhì)量，提升藍(lán)光LED的發(fā)光效率。
[0005]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn):
一種降低藍(lán)光LED缺陷密度的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，它從下至上依次包括圖形化的藍(lán)寶石襯底、AlN緩沖層、U型GaN層、N型GaN層、有源區(qū)、電子阻擋層和P型GaN層。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述U型GaN層的生長厚度為1-lOum，U型GaN層中間插入一層AlxGal-xN/SiNx缺陷阻擋層，其中Al的組分為0.01〈X〈1。
[0006]在上述發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中，所述AlxGal-xN/SiNx缺陷阻擋層在氮?dú)饣蛘邭錃猸h(huán)境中生長，生長溫度為650-1200°C，生長壓力在50-800mbar，生長周期為1_10。
[0007]在上述發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中，所述AlxGal-xN/SiNx缺陷阻擋層中AlxGal-xN的厚度為10-5000埃，SiNx的厚度為10-5000埃。
[0008]本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)，在U型GaN層中增加一層AlxGal-xN/SiNx缺陷阻擋層，使外延層缺陷密度可以降低到11 ^lO7 Cm3，極大的提高外延層的晶體質(zhì)量。本發(fā)明結(jié)構(gòu)不僅可以將電壓降低大約0.1-0.2V，同時(shí)，還可使內(nèi)量子發(fā)光效率提升5%以上。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過改變應(yīng)力的變化，降低襯底與外延層之間晶格失配度，從而大大減低外延層中的缺陷密度，提高外延層的晶體質(zhì)量，達(dá)到降低內(nèi)建電場(chǎng)，減緩能帶的彎曲，進(jìn)而降低器件內(nèi)部吸光的影響，提高藍(lán)光LED的發(fā)光效率。
[0009]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中LED外延結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]參看圖2，本發(fā)明從下至上依次包括圖形化的藍(lán)寶石襯底1、AlN緩沖層2、U型GaN層3、N型GaN層4、有源區(qū)5、電子阻擋層6和P型GaN層7。U型GaN層3的生長厚度為1-lOum，U型GaN層3中間插入一層AlxGal-xN/SiNx缺陷阻擋層10，其中Al的組分為0.01〈X〈1。AlxGal-xN/SiNx缺陷阻擋層10在氮?dú)饣蛘邭錃猸h(huán)境中生長，生長溫度為650-1200°C，生長壓力在50-800mbar，生長周期為1-10。AlxGal-xN/SiNx缺陷阻擋層10中AlxGal-xN的厚度為10-5000埃，SiNx的厚度為10-5000埃。
[0012]實(shí)施例一:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)的制備方法是在金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀MOCVD反應(yīng)爐里進(jìn)行高溫烘烤，去除藍(lán)寶石襯底I表面的殘余雜質(zhì)。再緩慢降溫在500°C，生長一層AlN緩沖層2。然后迅速升溫，在1000°C生長U型GaN層3，生長大約lOmin，插入一層超晶格AlxGal-xN/SiNx缺陷阻擋層10。在氫氣或者氮?dú)獾那闆r下，溫度在650°C下生長，先生長AlxGahN厚度為10埃，再生長SiNx厚度為10埃，再在1000°C的溫度下繼續(xù)生長U型GaN層3，生長時(shí)間為20min。之后，在器件上表面生長N型GaN層4，生長溫度為1000°C，生長厚度為0.5um。
[0013]繼續(xù)在器件上表面生長有源區(qū)5，在高溫600°C下生長壘層，降下溫度500生長阱層。在600°C下生長電子阻擋層6，厚度為50埃。再生長P型GaN層7，生長溫度為600°C，厚度為1000埃，Mg的濃度為5xl017 cm3。
[0014]實(shí)施例二:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)的制備方法是在金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀MOCVD反應(yīng)爐里進(jìn)行高溫烘烤，去除藍(lán)寶石襯底I表面的殘余雜質(zhì)。再緩慢降溫在700°C，生長一層AlN緩沖層2。然后迅速升溫，在1100°C生長U型GaN層3，生長大約40min，插入一層超晶格AlxGal-xN/SiNx缺陷阻擋層10。在氫氣或者氮?dú)獾那闆r下，溫度在850°C下生長，先生長AlxGahN厚度為1000埃，再生長SiNx厚度為300埃，再在I100C的溫度下繼續(xù)生長U型GaN層3，生長時(shí)間為40min。之后，在器件上表面生長N型GaN層4，生長溫度為1100°C，生長厚度為3um。
[0015]繼續(xù)在器件上表面生長有源區(qū)5，在高溫800°C下生長壘層，降下溫度700生長阱層。在800°C下生長電子阻擋層6，厚度為5000埃。再生長P型GaN層7，生長溫度為800°C，厚度為3000埃，Mg的濃度為5xl019 cm3。
[0016]實(shí)施例三:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)的制備方法是在金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀MOCVD反應(yīng)爐里進(jìn)行高溫烘烤，去除藍(lán)寶石襯底I表面的殘余雜質(zhì)。再緩慢降溫在900°C，生長一層AlN緩沖層2。然后迅速升溫，在1200°C生長U型GaN層3，生長大約80min，插入一層超晶格AlxGal-xN/SiNx缺陷阻擋層10。在氫氣或者氮?dú)獾那闆r下，溫度在1200°C下生長，先生長AlxGahN厚度為5000埃，再生長SiNx厚度為5000埃，再在1200°C的溫度下繼續(xù)生長U型GaN層3，生長時(shí)間為90min。之后，在器件上表面生長N型GaN層4，生長溫度為1200°C，生長厚度為10um。
[0017]繼續(xù)在器件上表面生長有源區(qū)5，在高溫1000°C下生長壘層，降下溫度900生長阱層。在1000°C下生長電子阻擋層6，厚度為10000埃。再生長P型GaN層7，生長溫度為1000°C，厚度為5000埃，Mg的濃度為IxlO23 cm3。
[0018]按照上述各實(shí)施例中的方式生長本發(fā)明LED外延結(jié)構(gòu)，還可做進(jìn)一步改進(jìn)，包括在 U 型 GaN 層、U 型 InxGahN 層和 U 型 AlxGa1^xN 層(0〈X〈1)中，N 型 GaN 層、N 型 InxGa1^xN層和 N 型 AlxGa1J 層(0〈X〈1)中，P 型 GaN 層、P 型 InxGai_xN 層和 P 型 AlxGai_xN 層(0〈X〈1)中插入AlxGa1JVSiNx(CKXd)缺陷阻擋層,均屬于本發(fā)明的改進(jìn)。同時(shí)，插入層材料也可為(AlxGa1-X)y Inry (0〈x〈l，0〈y〈l)、InxGahN(0〈x〈I)、AlxIrvxN(0〈x〈I)GaN 與 MgN、SiN 或其任意組合。
[0019]以上所述發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)僅為本發(fā)明較佳實(shí)施方案，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明技術(shù)方案的原則之內(nèi)，所作任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種降低藍(lán)光LED缺陷密度的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，它從下至上依次包括圖形化的藍(lán)寶石襯底(1)、A1N緩沖層(2)、U型GaN層(3)、N型GaN層(4)、有源區(qū)(5)、電子阻擋層(6)和P型GaN層(7)，其特征在于:所述U型GaN層(3)的生長厚度為l_10um，U型GaN層(3)中間插入一層AlxGal-xN/SiNx缺陷阻擋層(10)，其中Al的組分為0.01〈X〈1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低藍(lán)光LED缺陷密度的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述AlxGal-xN/SiNx缺陷阻擋層(10)在氮?dú)饣蛘邭錃猸h(huán)境中生長，生長溫度為650-1200°C，生長壓力在50-800mbar，生長周期為1_10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的降低藍(lán)光LED缺陷密度的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述AlxGal-xN/SiNx缺陷阻擋層(10)中AlxGal-xN的厚度為10-5000埃，SiNx的厚度為10-5000 埃。
【文檔編號(hào)】H01L33/12GK104167476SQ201310186632
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月20日
【發(fā)明者】田宇, 鄭建欽, 曾頎堯, 賴志豪, 郭廷瑞, 黃繡云, 黃信智, 張志剛, 吳東海, 童敬文, 林政志, 李鵬飛 申請(qǐng)人:南通同方半導(dǎo)體有限公司, 同方股份有限公司