低位錯密度和殘余應力的led外延結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體發(fā)光領域，特別是能降低位錯密度和殘余應力的LED外延結構。
【背景技術】
[0002]LED是一種將電能直接轉化成光能的固態(tài)半導體器件，GaN基藍光LED能與熒光粉結合生成白光，在照明領域有很大潛力，且具有體積小、壽命長、響應速度快等特點。
[0003]現(xiàn)有技術中，藍光LED外延結構包括藍寶石襯底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)結構的GaN材料與襯底間存在較大的晶格失配和熱失配，異質外延得到的GaN薄膜具有較高的位錯密度和殘余應力，很大程度上影響了 GaN基LED器件的光電特性。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術中存在的不足，本實用新型的目的是提供一種低位錯密度和殘余應力的LED外延結構。通過結構的變化，有效降低位錯密度和殘余應力，提高器件的光電特性。
[0005]為了達到上述發(fā)明目的，本實用新型的技術方案以如下方式實現(xiàn):
[0006]低位錯密度和殘余應力的LED外延結構，它從下至上依次包括藍寶石襯底、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。其結構特點是，所述u型GaN層從下至上依次包括U-GaN三維生長層、U-GaN 二維塊體生長層和U-GaN 二維摻雜超晶格生長層。所述U-GaN 二維摻雜超晶格生長層包括從下至上交替生長的變溫變壓摻雜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。
[0007]在上述LED外延結構中，所述變溫變壓摻雜GaN層和變溫變壓未摻雜GaN層的生長周期為3-8個周期。
[0008]在上述LED外延結構中，所述變溫變壓摻雜GaN層的生長壓力為200-600 mbar，生長溫度為950 -1100 °C;變溫變壓未摻雜GaN層的生長壓力為600- 800 mbar，生長溫度為900 - 1050 °C。
[0009]上述LED外延結構中，所述U-GaN三維生長層、U-GaN 二維塊體生長層、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)周期生長線性增大。
[0010]在上述LED外延結構中，所述u型GaN層的生長溫度為900-1100 °C，生長壓力為200-800 mbar,在N2、H2或者N 2和H 2混合環(huán)境中生長。
[0011]本實用新型由于采用了上述結構，將現(xiàn)有技術中的u型GaN層從下至上分為U-GaN三維生長層、U-GaN 二維塊體生長層和U-GaN 二維摻雜超晶格生長層。U-GaN 二維塊體生長層提供一個相對平整的表面，其上的U-GaN 二維摻雜超晶格生長層有助于對穿透位錯及應力進行破壞和釋放。特別是，本實用新型中優(yōu)選的變溫變壓摻雜超晶格子層能有效控制晶粒生長時的小島尺寸，降低島間合并所形成的邊界密度，讓部分位錯煙滅，改善了晶體生長質量，減少漏電流的路徑。另外，本實用新型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量，而且能適量補充發(fā)光層的電子注入。同現(xiàn)有技術相比，本實用新型可以降低導通電壓Vf，且能夠改善漏電流IR，同時提升抗靜電能力ESD。
[0012]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步說明。
【附圖說明】
[0013]圖1是現(xiàn)有技術中LED外延結構示意圖；
[0014]圖2是本實用新型LED外延結構示意圖；
[0015]圖3是本實用新型的U-GaN層中摻雜超晶格厚度與Si濃度示意圖；。
【具體實施方式】
[0016]參看圖2，本實用新型低位錯密度和殘余應力的LED外延結構從下至上依次包括藍寶石襯底1、A1N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三維生長層3_1、U-GaN 二維塊體生長層3_2和U-GaN 二維摻雜超晶格生長層3-3。U-GaN 二維摻雜超晶格生長層3_3包括從下至上交替生長的變溫變壓摻雜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。
[0017]實施例一:
[0018]本實用新型中u型GaN層3的生長溫度為900°C，生長壓力為200mbar，在隊、!12或者隊和H 2的混合環(huán)境中生長。U-GaN三維生長層3-1和U-GaN 二維塊體生長層3_2兩者生長厚度均為0.8 um。U-GaN 二維摻雜超晶格生長層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交替生長周期為3個周期。生長變溫變壓摻雜GaN層3-3A的摻雜元素為Si，生長壓力為200 mbar,生長溫度為950 V ;生長變溫變壓未摻雜GaN層3-3B的生長壓力為600 mbar,生長溫度為900 °C。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)周期生長線性增大，如圖3所示。
[0019]實施例二:
[0020]本實用新型中u型GaN層3的生長溫度為1050 °C，生長壓力為600 mbar，在N2、H2或者NjPH 2的混合環(huán)境中生長。U-GaN三維生長層3-1的生長厚度為0.8 um，U-GaN 二維塊體生長層3-2的生長厚度為1.2 um。U-GaN 二維摻雜超晶格生長層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交替生長周期為4個周期。生長變溫變壓摻雜GaN層3-3A的摻雜元素為Si，生長壓力為300 mbar,生長溫度為1080 °C ;生長變溫變壓摻雜GaN層3-3A的摻雜元素為Si，生長壓力為600 mbar,生長溫度為1000 °C。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)周期生長線性增大。
[0021]實施例三:
[0022]本實用新型中u型GaN層3的生長溫度為1100 °C，生長壓力為800mbar，在N2、H2或者隊和H 2的混合環(huán)境中生長。U-GaN三維生長層3-1和U-GaN 二維塊體生長層3_2兩者生長厚度均為1.5um。U-GaN 二維摻雜超晶格生長層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交替生長周期為8個周期。生長變溫變壓摻雜GaN層3-3A的摻雜元素為Si，生長壓力為600mbar，生長溫度為1100°C;生長變溫變壓未摻雜GaN層3-3B的生長壓力為800mbar，生長溫度為1050°C。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)周期生長線性增大。
[0023]以上所述，僅為本實用新型的具體實施例，并不限于本實用新型的其它實施方式，凡屬本實用新型的技術路線原則之內，所做的任何顯而易見的修改、替換或改進，均應屬于本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.低位錯密度和殘余應力的LED外延結構，它從下至上依次包括藍寶石襯底(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)，其特征在于:所述u型GaN層(3)從下至上依次包括U-GaN三維生長層(3-1)、U-GaN 二維塊體生長層(3-2)和U-GaN 二維摻雜超晶格生長層(3_3)，所述U-GaN 二維摻雜超晶格生長層(3-3)包括從下至上交替生長的變溫變壓摻雜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。2.根據(jù)權利要求1所述的低位錯密度和殘余應力的LED外延結構，其特征在于:所述變溫變壓摻雜GaN層(3-3A)和變溫變壓未摻雜GaN層(3-3B)的生長周期為3_8個周期。3.根據(jù)權利要求1或2所述的低位錯密度和殘余應力的LED外延結構，其特征在于:所述變溫變壓摻雜GaN層(3-3A)的生長壓力為200-600 mbar，生長溫度為950 -1100 °C ；變溫變壓未摻雜GaN層(3-3B)的生長壓力為600- 800 mbar，生長溫度為900 - 1050 °C。4.根據(jù)權利要求3所述的低位錯密度和殘余應力的LED外延結構，其特征在于:所述U-GaN三維生長層(3-1)、U-GaN 二維塊體生長層(3-2)、變溫變壓摻雜GaN層(3-3A)和變溫變壓未摻雜GaN層(3-3B)的厚度均為0.8 -1.5 um，變溫變壓摻雜GaN層(3-3A)中摻雜元素Si的濃度隨后續(xù)周期生長線性增大。5.根據(jù)權利要求4所述的低位錯密度和殘余應力的LED外延結構，其特征在于:所述u型GaN層(3)的生長溫度為900-1100 °C，生長壓力為200-800 mbar，在N2、H2或者N 2和H 2混合環(huán)境中生長。
【專利摘要】低位錯密度和殘余應力的LED外延結構，涉及半導體發(fā)光領域。本實用新型從下至上依次包括藍寶石襯底、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。其結構特點是，所述u型GaN層從下至上依次包括u-GaN三維生長層、u-GaN二維塊體生長層和u-GaN二維摻雜超晶格生長層。所述u-GaN二維摻雜超晶格生長層包括從下至上交替生長的變溫變壓摻雜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。同現(xiàn)有技術相比，本實用新型通過結構的變化，有效降低位錯密度和殘余應力，提高器件的光電特性。
【IPC分類】H01L33/12, H01L33/02, H01L33/04
【公開號】CN204668342
【申請?zhí)枴緾N201520326531
【發(fā)明人】程騰, 翟小林, 俞登永, 賴志豪, 曾奇堯, 林政志
【申請人】南通同方半導體有限公司, 同方股份有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月20日