一種含三元超晶格的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)光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含三元超晶格的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LED是一類可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見光和輻射能的固體發(fā)光器件，具有工作壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、無(wú)污染、重量輕，體積小等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展突飛猛進(jìn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外大屏幕顯示、背光顯示、照明、裝飾、交通信號(hào)燈等領(lǐng)域。GaN材料體系是制備藍(lán)、綠、紫以及紫外光LED最成熟的材料。GaN材料的研究始于20世紀(jì)30年代，1991年業(yè)內(nèi)有人發(fā)現(xiàn)采用低溫生長(zhǎng)的GaN緩沖層方法也可很大程度上提高GaN外延膜的質(zhì)量，并利用GaN材料突破性的制備出了高亮度的藍(lán)光LED。目前，GaN基材料外延生長(zhǎng)的LED產(chǎn)品盡管取得了很大的進(jìn)步，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域，但是依然有以下問題有待解決:
[0003]第一、缺乏合適的襯底，晶格失配、熱失配等問題仍制約著GaN材料的制備。降低缺陷密度是提高GaN基發(fā)光器件性能和壽命的關(guān)鍵。
[0004]第二、GaN是一種電阻較高的晶體，在電流流經(jīng)LED時(shí)由于有較大內(nèi)阻將造成部分電能轉(zhuǎn)化為熱能消耗，大大降低了 LED的節(jié)能性和其使用壽命。
[0005]為了降低缺陷密度，提高GaN外延層的晶體質(zhì)量，有人采用側(cè)向外延過生長(zhǎng)技術(shù)簡(jiǎn)稱ELOG或ELO外延生長(zhǎng)出了高質(zhì)量的GaN外延薄膜。
[0006]為了降低LED內(nèi)阻很多人做了許多卓有成效的工作，比如在生長(zhǎng)完P(guān)型GaN后降低溫度生長(zhǎng)一層摻雜In或In/Si的連接層，以期與芯片工藝相匹配，以此來降低電阻。
[0007]現(xiàn)有的方法在一定程度上可以提高晶體質(zhì)量，降低電阻，但仍有較大進(jìn)步空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有的技術(shù)缺點(diǎn)，提供一種含二兀超晶格的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，其可以有效地提高GaN的晶體質(zhì)量，同時(shí)降低LED內(nèi)阻提高內(nèi)量子效率，提高LED壽命的。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種含三元超晶格的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，包括依次層疊的圖形襯底、緩沖層、非摻雜本征GaN層、N型GaN層、多InGaN/GaN量子阱有源層、三元超晶格層和P型GaN層，所述三元超晶格層為生長(zhǎng)完多量子阱層后生長(zhǎng)由InGaN層、AlGaN層、MgGaN層形成的三元超晶格。
[0010]優(yōu)選的，所述三元超晶格中的InGaN層厚度為:5_20埃；所述三元超晶格中的AlGaN層厚度為:5-20埃；三元超晶格中的MgGaN層厚度為:5_20埃。
[0011]優(yōu)選的，所述三元超晶格中的InGaN摻雜濃度為:5*10ls-5*1019cm 3;所述三元超晶格中的AlGaN摻雜濃度為:5*1015-5*1017cm 3;所述三元超晶格中的MgGaN摻雜濃度為:5*1018-5*1019cm3o
[0012]進(jìn)一步的，所述三元超晶格中一個(gè)InGaN層、一個(gè)AlGaN層及一個(gè)MgGaN層構(gòu)成一個(gè)周期對(duì)，所述三元超晶格包括5-20個(gè)周期對(duì)。
[0013]在本發(fā)明中，一種含三元超晶格的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
[0014]步驟(I)、將藍(lán)寶石圖形襯底放置在石墨盤上并送入MOCVD反應(yīng)腔中，加熱至1000?1200°C對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行5-15min的熱處理；
[0015]步驟(2)、將溫度降低至500-600°C后在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)20_50nm厚的緩沖層；
[0016]步驟(3)、將溫度升至1000-1100 °C在緩沖層上生長(zhǎng)100_300nm厚的成核層；
[0017]步驟(4)、將溫度升至1050-1150°C在成核層上生長(zhǎng)約2um厚的非摻雜本征GaN ；
[0018]步驟(5)、在非摻雜本征GaN層上生長(zhǎng)約2um厚的摻Si的N型GaN ；
[0019]步驟(6)、降溫至800-900°C生長(zhǎng)為60_120nm厚的摻Si的N型GaN ；
[0020]步驟(7)、在摻Si的N型GaN上生長(zhǎng)不摻雜的多InGaN/GaN量子阱有源層；
[0021]步驟(8)、將溫度升至880-980°C后在多InGaN/GaN量子阱有源層上依次生長(zhǎng)單層厚度為5-20埃的InGaN層、AlGaN層、MgGaN層三種摻雜晶體的超晶格；
[0022]步驟(9)、將溫度升到900-1000°C后在三元超晶格層上生長(zhǎng)100_200nm厚的摻Mg的P型GaN層；
[0023]步驟(10)、最后生長(zhǎng)出5-10nm厚的P-GaN接觸層。
[0024]進(jìn)一步的，所述在多InGaN/GaN量子阱有源層中所述一個(gè)InGaN有源層和所述一個(gè)GaN有源層構(gòu)成一個(gè)周期對(duì)，所述多InGaN/GaN量子阱有源層包括8個(gè)所述周期對(duì)。
[0025]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明專利中多量子阱層生長(zhǎng)結(jié)束后生長(zhǎng)5?20層由InGaN, AlGaN, MgGaN三種摻雜晶體組成的超晶格，其可有效降低量子阱層與后續(xù)p型GaN的位錯(cuò)缺陷，提尚GaN外延薄I旲的晶體質(zhì)量，可有效提尚載流子濃度，提供更好的電子阻擋與擴(kuò)散，從而降低內(nèi)阻，提尚內(nèi)量子效率。
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1為本發(fā)明一種含三元超晶格的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明三元超晶格層剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明多InGaN/GaN量子阱有源層剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031]參見圖1、圖2及圖3所示，本發(fā)明提供一種含三元超晶格的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，包括依次層疊的圖形襯底1、緩沖層2、非摻雜本征GaN層3、N型GaN層4、多InGaN/GaN量子阱有源層5、三元超晶格層6和P型GaN層7，所述三元超晶格層為生長(zhǎng)完多量子阱層后生長(zhǎng)由InGaN層61、AlGaN層62、MgGaN層63形成的三元超晶格。由InGaN層、AlGaN層、MgGaN層三種摻雜晶體組成的超晶格，其可有效降低量子阱層與后續(xù)P型GaN的位錯(cuò)缺陷，提高GaN外延薄膜的晶體質(zhì)量，可有效提高載流子濃度，提供更好的電子阻擋與擴(kuò)散，從而降低內(nèi)阻，提高內(nèi)量子效率。