本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域，特別是能降低位錯(cuò)密度和殘余應(yīng)力的LED外延結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

LED是一種將電能直接轉(zhuǎn)化成光能的固態(tài)半導(dǎo)體器件， GaN基藍(lán)光LED能與熒光粉結(jié)合生成白光，在照明領(lǐng)域有很大潛力，且具有體積小、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)中，藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)包括藍(lán)寶石襯底1、AlN緩沖層2、u型GaN層3、N型GaN層4、有源層5、電子阻擋層6和P型GaN層7，如圖1所示。而，這種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的GaN材料與襯底間存在較大的晶格失配和熱失配，異質(zhì)外延得到的GaN薄膜具有較高的位錯(cuò)密度和殘余應(yīng)力，很大程度上影響了GaN基LED器件的光電特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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低位錯(cuò)密度和殘余應(yīng)力的LED外延結(jié)構(gòu)。通過(guò)結(jié)構(gòu)的變化，有效降低位錯(cuò)密度和殘余應(yīng)力，提高器件的光電特性。

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)：

一種低位錯(cuò)密度和殘余應(yīng)力的LED外延結(jié)構(gòu)，它從下至上依次包括藍(lán)寶石襯底、AlN緩沖層、u型GaN層、N型GaN層、有源層、電子阻擋層和P型GaN層。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述u型GaN層從下至上依次包括u-GaN三維生長(zhǎng)層、u-GaN二維塊體生長(zhǎng)層和u-GaN二維摻雜超晶格生長(zhǎng)層。所述u-GaN二維摻雜超晶格生長(zhǎng)層包括從下至上交替生長(zhǎng)的變溫變壓摻雜GaN層和變溫變壓未摻雜GaN層，變溫變壓摻雜GaN層中的摻雜元素為Si。

在上述LED外延結(jié)構(gòu)中，所述變溫變壓摻雜GaN層和變溫變壓未摻雜GaN層的生長(zhǎng)周期為3-8個(gè)周期。

在上述LED外延結(jié)構(gòu)中，所述變溫變壓摻雜GaN層的生長(zhǎng)壓力為200-600 mbar，生長(zhǎng)溫度為950 -1100 ℃；變溫變壓未摻雜GaN層的生長(zhǎng)壓力為600- 800 mbar，生長(zhǎng)溫度為900 - 1050 ℃。

上述LED外延結(jié)構(gòu)中，所述u-GaN三維生長(zhǎng)層、u-GaN二維塊體生長(zhǎng)層、變溫變壓摻雜GaN層和變溫變壓未摻雜GaN層的厚度均為0.8 - 1.5 um，變溫變壓摻雜GaN層（3-3A）摻雜元素Si的濃度隨后續(xù)周期生長(zhǎng)線性增大。

在上述LED外延結(jié)構(gòu)中，所述u型GaN層的生長(zhǎng)溫度為900-1100 ℃，生長(zhǎng)壓力為200-800 mbar，在N₂、H₂或者N₂和H₂混合環(huán)境中生長(zhǎng)。

本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)，將現(xiàn)有技術(shù)中的u型GaN層從下至上分為u-GaN三維生長(zhǎng)層、u-GaN二維塊體生長(zhǎng)層和u-GaN二維摻雜超晶格生長(zhǎng)層。u-GaN二維塊體生長(zhǎng)層提供一個(gè)相對(duì)平整的表面，其上的u-GaN二維摻雜超晶格生長(zhǎng)層有助于對(duì)穿透位錯(cuò)及應(yīng)力進(jìn)行破壞和釋放。特別是，本發(fā)明中優(yōu)選的變溫變壓摻雜超晶格子層能有效控制晶粒生長(zhǎng)時(shí)的小島尺寸，降低島間合并所形成的邊界密度，讓部分位錯(cuò)湮滅，改善了晶體生長(zhǎng)質(zhì)量，減少漏電流的路徑。另外，本發(fā)明中的摻雜超晶格采用了摻雜少量Si且摻雜濃度不同的方式，不僅有利于改善晶體質(zhì)量，而且能適量補(bǔ)充發(fā)光層的電子注入。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以降低導(dǎo)通電壓Vf，且能夠改善漏電流IR，同時(shí)提升抗靜電能力ESD。

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(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中LED外延結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明LED外延結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的u-GaN 層中摻雜超晶格厚度與Si濃度示意圖；。

具體實(shí)施方式

參看圖2，本發(fā)明低位錯(cuò)密度和殘余應(yīng)力的LED外延結(jié)構(gòu)從下至上依次包括藍(lán)寶石襯底1、AlN緩沖層2、u型GaN層3、N型GaN層4、有源層5、電子阻擋層6和P型GaN層7。u型GaN層3從下至上依次包括u-GaN三維生長(zhǎng)層3-1、u-GaN二維塊體生長(zhǎng)層3-2和u-GaN二維摻雜超晶格生長(zhǎng)層3-3。u-GaN二維摻雜超晶格生長(zhǎng)層3-3包括從下至上交替生長(zhǎng)的變溫變壓摻雜GaN層3-3A和變溫變壓未摻雜GaN層3-3B，變溫變壓摻雜GaN層3-3A中的摻雜元素為Si。

實(shí)施例一：

本發(fā)明中u型GaN層3的生長(zhǎng)溫度為900℃，生長(zhǎng)壓力為200mbar，在N₂、H₂或者N₂和H₂的混合環(huán)境中生長(zhǎng)。u-GaN三維生長(zhǎng)層3-1和u-GaN二維塊體生長(zhǎng)層3-2兩者生長(zhǎng)厚度均為0.8 um。u-GaN二維摻雜超晶格生長(zhǎng)層3-3中的變溫變壓摻雜GaN層3-3A和變溫變壓未摻雜GaN層3-3B交替生長(zhǎng)周期為3個(gè)周期。生長(zhǎng)變溫變壓摻雜GaN層3-3A的摻雜元素為Si，生長(zhǎng)壓力為200 mbar，生長(zhǎng)溫度為950 ℃；生長(zhǎng)變溫變壓未摻雜GaN層3-3B的生長(zhǎng)壓力為600 mbar，生長(zhǎng)溫度為900 ℃。變溫變壓摻雜GaN層3-3A和變溫變壓未摻雜GaN層3-3B的生長(zhǎng)厚度均為0.8 um，摻雜超晶格的子層Si濃度隨后續(xù)周期生長(zhǎng)線性增大，如圖3所示。

實(shí)施例二：

本發(fā)明中u型GaN層3的生長(zhǎng)溫度為1050 ℃，生長(zhǎng)壓力為600 mbar，在N₂、H₂或者N₂和H₂的混合環(huán)境中生長(zhǎng)。u-GaN三維生長(zhǎng)層3-1的生長(zhǎng)厚度為0.8 um，u-GaN二維塊體生長(zhǎng)層3-2的生長(zhǎng)厚度為1.2 um。u-GaN二維摻雜超晶格生長(zhǎng)層3-3中的變溫變壓摻雜GaN層3-3A和變溫變壓未摻雜GaN層3-3B交替生長(zhǎng)周期為4個(gè)周期。生長(zhǎng)變溫變壓摻雜GaN層3-3A的摻雜元素為Si，生長(zhǎng)壓力為300 mbar，生長(zhǎng)溫度為1080 ℃；生長(zhǎng)變溫變壓摻雜GaN層3-3A的摻雜元素為Si，生長(zhǎng)壓力為600 mbar，生長(zhǎng)溫度為1000 ℃。變溫變壓摻雜GaN層3-3A和變溫變壓未摻雜GaN層3-3B的生長(zhǎng)厚度均為0.8 um，摻雜超晶格的子層Si濃度隨后續(xù)周期生長(zhǎng)線性增大。

實(shí)施例三：

本發(fā)明中u型GaN層3的生長(zhǎng)溫度為1100℃，生長(zhǎng)壓力為800mbar，在N₂、H₂或者N₂和H₂的混合環(huán)境中生長(zhǎng)。u-GaN三維生長(zhǎng)層3-1和u-GaN二維塊體生長(zhǎng)層3-2兩者生長(zhǎng)厚度均為1.5um。u-GaN二維摻雜超晶格生長(zhǎng)層3-3中的變溫變壓摻雜GaN層3-3A和變溫變壓未摻雜GaN層3-3B交替生長(zhǎng)周期為8個(gè)周期。生長(zhǎng)變溫變壓摻雜GaN層3-3A的摻雜元素為Si，生長(zhǎng)壓力為600mbar，生長(zhǎng)溫度為1100℃；生長(zhǎng)變溫變壓未摻雜GaN層3-3B的生長(zhǎng)壓力為800mbar，生長(zhǎng)溫度為1050℃。變溫變壓摻雜GaN層3-3A和變溫變壓未摻雜GaN層3-3B的生長(zhǎng)厚度均為1.5 um，摻雜超晶格的子層Si濃度隨后續(xù)周期生長(zhǎng)線性增大。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不限于本發(fā)明的其它實(shí)施方式，凡屬本發(fā)明的技術(shù)路線原則之內(nèi)，所做的任何顯而易見(jiàn)的修改、替換或改進(jìn)，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。