一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，GaN基LED外延結(jié)構(gòu)依次包括：襯底；位于襯底上的氮化物緩沖層；位于氮化物緩沖層上的N型GaN層；位于N型GaN層上的多量子阱層，多量子阱層包括若干組量子阱層，每組量子阱層依次包括InxGa(1-x)N勢阱層、AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層、和GaN勢壘層；位于多量子阱層上的P型GaN層。本發(fā)明可以提高量子阱的界面質(zhì)量，同時減少內(nèi)部應(yīng)力，從而提高量子阱的內(nèi)量子效率。
【專利說明】一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light-Emitting D1de，LED)是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當?shù)墓舛?。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等；隨著技術(shù)的不斷進步，發(fā)光二極管已被廣泛的應(yīng)用于顯示器、電視機采光裝飾和照明。
[0003]目前LED業(yè)界最常用的方法是在藍寶石襯底上生長GaN基材料，隨著技術(shù)的不斷進步，GaN基藍白光發(fā)光二極管已被廣泛的應(yīng)用于顯示器、電視機采光裝飾和照明。然而這種方法獲得的GaN材料有大量的位錯缺陷。此外，由于正負電荷不重合，形成自發(fā)極化，在量子阱生長過程中，由于InxGa(1_x)N勢阱層和GaN勢皇層之間的晶格失配，又會引起壓電極化，進而形成壓電極化場。
[0004]因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案如下:
[0007]一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，所述GaN基LED外延結(jié)構(gòu)依次包括:
[0008]襯底；
[0009]位于襯底上的氮化物緩沖層；
[0010]位于氮化物緩沖層上的N型GaN層；
[0011]位于N型GaN層上的多量子阱層，所述多量子阱層包括若干組量子阱層，每組量子阱層依次包括InxGa(1_x)N勢阱層、AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層、和GaN勢皇層；
[0012]位于多量子阱層上的P型GaN層。
[0013]作為本發(fā)明的進一步改進，所述多量子阱層包括3?20組量子阱層。
[0014]作為本發(fā)明的進一步改進，所述氮化物緩沖層為GaN緩沖層或AlN緩沖層。
[0015]作為本發(fā)明的進一步改進，所述AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層為由AlN層與GaN層交替堆疊組成的超晶格結(jié)構(gòu)、或GaN層與AlN層交替堆疊組成的超晶格結(jié)構(gòu)。
[0016]作為本發(fā)明的進一步改進，所述AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層中AlN層與GaN層的層數(shù)分別為I?10層。
[0017]作為本發(fā)明的進一步改進，所述AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層中，每個AlN層的厚度為I?20A，每個GaN層的厚度為I?20A。
[0018]作為本發(fā)明的進一步改進，所述InxGa(1_x)N勢阱層中X的取值為5%?30%，InxGa(1_x)N勢講層的厚度為2nm?5nm。
[0019]相應(yīng)地，一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法包括:
[0020]S1、提供一襯底；
[0021]S2、在襯底上生長氮化物緩沖層；
[0022]S3、在氮化物緩沖層上生長N型GaN層；
[0023]S4、在N型GaN層上生長多量子阱層，所述多量子阱層包括若干組量子阱層，每組量子阱層依次包括InxGa(1_x)N勢阱層、AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層、和GaN勢皇層；
[0024]S5、在多量子阱層上生長P型GaN層。
[0025]作為本發(fā)明的進一步改進，所述氮化物緩沖層為GaN緩沖層，所述步驟S2具體為:
[0026]控制溫度在450°C?650°C之間，生長厚度為5nm?35nm的低溫GaN緩沖層；
[0027]控制溫度在1000°C?1200°C之間，生長厚度為0.5um?4um的高溫GaN緩沖層。
[0028]作為本發(fā)明的進一步改進，InxGa(1_x)N勢阱層的生長溫度在680°C?800°C之間，AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層的生長溫度在680 °C?800°C之間，GaN勢皇層的生長溫度在750 °C?950 °C之間。
[0029]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0030]低溫的AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層可以改變位錯的延伸方向，使得量子阱開出的V-pits區(qū)域均勻分散，不產(chǎn)生聚集；
[0031]AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層可以補償量子阱在生長過程中累積的應(yīng)力，減小極化效應(yīng)的影響；
[0032]本發(fā)明可以提高量子阱的界面質(zhì)量，同時減少內(nèi)部應(yīng)力，從而提高量子阱的內(nèi)量子效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0034]圖1為本發(fā)明一【具體實施方式】中GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0035]圖2a、2b分別為本發(fā)明一【具體實施方式】中兩種AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0036]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0037]本發(fā)明的一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其依次包括:
[0038]襯底；
[0039]位于襯底上的氮化物緩沖層，氮化物緩沖層為GaN緩沖層或AlN緩沖層；
[0040]位于氮化物緩沖層上的N型GaN層；
[0041]位于N型GaN層上的多量子阱層，所述多量子阱層包括若干組量子阱層，如在本實施方式中，多量子阱層包括3?20組量子阱層。每組量子阱層依次包括InxGa(1_x)N勢阱層、AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層、和GaN勢皇層，其中，AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層為由AlN層與GaN層交替堆疊組成的超晶格結(jié)構(gòu)、或GaN層與AlN層交替堆疊組成的超晶格結(jié)構(gòu)；
[0042]位于多量子阱層上的P型GaN層。
[0043]相應(yīng)地，本發(fā)明還公開了一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括:
[0044]S1、提供一襯底；
[0045]S2、在襯底上生長氮化物緩沖層；
[0046]S3、在氮化物緩沖層上生長N型GaN層；
[0047]S4、在N型GaN層上生長由若干組量子阱層構(gòu)成的多量子阱層，所述量子阱層依次包括InxGa(1_x)N勢阱層、AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層、和GaN勢皇層；
[0048]S5、在多量子阱層上生長P型GaN層。
[0049]參圖1所示，本發(fā)明一【具體實施方式】中，GaN基LED外延結(jié)構(gòu)從下向上依次包括:
[0050]襯底10 ；
[0051]位于襯底10上的氮化物緩沖層20 ；
[0052]位于氮化物緩沖層20上的N型GaN層30 ；
[0053]位于N型GaN層30上的多量子阱層400，多量子阱層400包括若干組量子阱層40，優(yōu)選地，量子阱層40為3?20組。其中，量子阱層依次包括InxGa(1_x)N勢阱層41、AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層42、和GaN勢皇層43 ；
[0054]位于多量子阱層400上的P型GaN層50。
[0055]本實施方式中襯底選用藍寶石襯底，在其他實施方式中，襯底也可以為Si襯底、SiC襯底等。
[0056]氮化物緩沖層為GaN緩沖層，包括厚度為5nm?35nm的低溫GaN緩沖層21和厚度為0.5um?4um的高溫GaN緩沖層22。
[0057]本實施方式的量子阱層40中:
[0058]InxGa(1_x)N勢阱層41中x的取值為5 %?30 %，InxGa(1_x)N勢阱層41的厚度為2nm ?5nm0
[0059]參圖2a、2b所示，AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)42層可以為由AlN層與GaN層交替堆疊組成的超晶格結(jié)構(gòu)、或GaN層與AlN層交替堆疊組成的超晶格結(jié)構(gòu)，AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層中AlN層與GaN層的層數(shù)分別為I?10層，每個AlN層的厚度為I?20A，每個GaN層的厚度為I?20A。
[0060]該GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法包括:
[0061]S1、提供一襯底。
[0062]本實施方式中襯底為藍寶石襯底，藍寶石襯底先在高溫低壓下熱處理10?30分鐘，然后降至低溫通入NH3,對襯底表面進行氮化處理。
[0063]S2、在襯底上生長氮化物緩沖層。
[0064]本實施方式中氮化物緩沖層為GaN緩沖層，具體為:
[0065]控制溫度在450°C?650°C之間，生長厚度為5nm?35nm的低溫GaN緩沖層；
[0066]控制溫度在1000°C?1200°C之間，生長厚度為0.5um?4um的高溫GaN緩沖層。
[0067]S3、在氮化物緩沖層上生長N型GaN層。
[0068]S4、在N型GaN層上生長由若干組量子阱層構(gòu)成的多量子阱層，量子阱層依次包括InxGa(1_x)N勢阱層、AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層、和GaN勢皇層。
[0069]本實施方式中InxGa(1_x)N勢阱層中In的組份保持不變，在5 %?30 %之間，InxGa(1_x)N勢阱層的厚度在2nm?5nm之間，生長溫度在680°C?800°C之間；AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層的生長溫度在680°C?800°C之間，GaN勢皇層的生長溫度在750°C?950°C之間。
[0070]AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層包括兩種生長方式:
[0071]1、低溫條件(680°C?800°C )下依次生長AlN層、GaN層，參圖2a所示，AlN層與GaN層的層數(shù)分別為I?10層；
[0072]2、低溫條件(680°C?800°C )下依次生長GaN層、AlN層，參圖2b所示，GaN層與AlN層的層數(shù)分別為I?10層；
[0073]其中，每個AlN層的厚度為I?20A，每個GaN層的厚度為I?20A。
[0074]S5、在多量子阱層上生長P型GaN層。
[0075]本發(fā)明多量子阱層中的量子阱層在InxGa(1_x)N勢阱層和GaN勢皇層中插入AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層，具有以下有益效果:
[0076]低溫的AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層可以改變位錯的延伸方向，使得量子阱開出的V-pits區(qū)域均勻分散，不產(chǎn)生聚集；
[0077]AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層可以補償量子阱在生長過程中累積的應(yīng)力，減小極化效應(yīng)的影響；
[0078]本發(fā)明可以提高量子阱的界面質(zhì)量，同時減少內(nèi)部應(yīng)力，從而提高量子阱的內(nèi)量子效率。
[0079]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0080]此外，應(yīng)當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述GaN基LED外延結(jié)構(gòu)依次包括: 襯底； 位于襯底上的氮化物緩沖層； 位于氮化物緩沖層上的N型GaN層； 位于N型GaN層上的多量子阱層，所述多量子阱層包括若干組量子阱層，每組量子阱層依次包括InxGa(1_x)N勢阱層、AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層、和GaN勢皇層； 位于多量子阱層上的P型GaN層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多量子阱層包括3?20組量子阱層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氮化物緩沖層為GaN緩沖層或AlN緩沖層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層為由AlN層與GaN層交替堆疊組成的超晶格結(jié)構(gòu)、或GaN層與AlN層交替堆疊組成的超晶格結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層中AlN層與GaN層的層數(shù)分別為I?10層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層中，每個AlN層的厚度為I?20A，每個GaN層的厚度為I?20A。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述InxGa(1_x)N勢講層中X的取值為5%?30%，InxGa(1_x)N勢講層的厚度為2nm?5nm。
8.—種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括: 51、提供一襯底； 52、在襯底上生長氮化物緩沖層； 53、在氮化物緩沖層上生長N型GaN層； 54、在N型GaN層上生長多量子阱層，所述多量子阱層包括若干組量子阱層，每組量子阱層依次包括InxGa(1_x)N勢阱層、AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層、和GaN勢皇層； 55、在多量子阱層上生長P型GaN層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述氮化物緩沖層為GaN緩沖層，所述步驟S2具體為: 控制溫度在450°C?650°C之間，生長厚度為5nm?35nm的低溫GaN緩沖層； 控制溫度在1000°C?1200°C之間，生長厚度為0.5um?4um的高溫GaN緩沖層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中，InxGa(1_x)N勢阱層的生長溫度在680°C?800°C之間，AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)層的生長溫度在680°C?800°C之間，GaN勢皇層的生長溫度在750°C?950°C之間。
【文檔編號】H01L33/00GK104505443SQ201410831198
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】馮猛, 陳立人, 蔡睿彥 申請人:聚燦光電科技(蘇州)有限公司