一种氮化物发光二极管的外延结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种氮化物发光二极管的外延结构，它包括衬底，依次形成于衬底上的缓冲层、n型层，多量子阱层和p型层，特征是：所述n型层由从下向上依次叠加的n型GaN层、n型层内应力释放层、n型层内势垒阻挡层和n型层内电子注入层组成。p层由p-AlxInyGa1-x-yN：Mg构成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1。所述n型层内势垒阻挡层由AlxGa1-xN构成，且不掺杂，可避免发光二极管在正向导通和承受反向电压时在V形坑处形成漏电流，从而大大提高其可靠性。本发明将提高LED可靠性的方法融于材料生长过程中，不引入新的制造工序，不增加器件的制造成本且不影响器件制造的合格率。
【专利说明】一种氮化物发光二极管的外延结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体发光器件，尤其涉及一种氮化物发光二极管的外延结构。
[0002]【背景技术】:
近年来，GaN基多量子阱(MQW)发光二极管(LED)的研制取得了重大进展。电光转换效率的提高以及制造成本的降低，使其应用已由最初的指示进入到各种照明。然而，GaN基LED的抗静电等可靠性问题仍然缺少简单有效的解决方法。
[0003]目前，典型GaN基发光二极管100的外延结构如图1所示，包括:衬底101、缓冲层201、η型层300 (η型GaN层301和η型层内应力释放层302)、多量子阱层401和ρ型层501。在上述发光二极管的外延层结构中，η型层内应力释放层302和多量子阱层401在低温N2载气下生长。在此条件下，材料的位错601处会形成V形坑，使原本平整的材料表面分成了平台701和V形坑侧壁702。生长过程中，多量子阱层401以及P型层501同时在平台701和V形坑侧壁702上生长。V形坑中由于存在位错601，在LED正向导通以及承受反压时会发生漏电，对LED抗静电的可靠性造成较大影响。
[0004]
【发明内容】
:
本发明的目的在于提供一种氮化物发光二极管的外延结构，此结构可避免材料中的V形坑成为LED的漏电通道，从而大大提高LED的可靠性。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
一种氮化物发光二极管的外延结构，包括衬底、依次形成于衬底上的缓冲层、η型层、多量子阱层和P型层，特征是:所述η型层由从下向上依次叠加的η型GaN层、η型层内应力释放层、η型层内势垒阻挡层和η型层内电子注入层组成。
[0006]η型层内势垒阻挡层不掺杂，生长于η型GaN层与多量子阱层之间。
[0007]η型层内势垒阻挡层由AlxGa1J构成，其中O≤χ≤I。
[0008]η型层内势垒阻挡层在V形坑侧壁与平台生长的厚度比为r，且r>l。
[0009]η型层内势垒阻挡层在高温高压H2载气下生长。
[0010]多量子阱层由阱InxGa1J和垒AlxInyGanyN周期结构组成，周期数为k，阱的禁带宽度小于垒的禁带宽度，其中:讲InxGahN中:0≤x≤I ；≤AlxInyGa1^yN中:0≤x≤1，O≤ y ≤1,0≤ x+y ≤ I ;周期数 I < k < 20。
[0011]P 型层由 P-AlxInyGa1TyN 构成,其中:0<叉< 1,0 ≤y ≤1,0 ≤x+y ( I。
[0012]衬底为Al203、SiC、Si 或 GaN 中的一种。
[0013]本发明通过在η型层内应力释放层和多量子阱层之间加入η型层内势垒阻挡层，可实现提高LED的可靠性的目的，其原理如下:
通过设置高温高压H2载气的生长条件，可使AlxGahN势垒阻挡层在V形坑侧壁上的生长速率高于在平台上的生长速率，从而在V形坑侧壁上获得一层较厚的AlxGahN势垒阻挡层。和GaN相比，AlxGahN的禁带宽度更大，其电阻更高，在LED正向工作时，抑制电流从V形坑流过；同时AlxGah N的抗击穿能力也更强,在LED承受反压时,更不易在V形坑中产生漏电流。因此，V形坑侧壁的厚AlxGahN势垒阻挡层可以同时提高LED器件正向工作以及反向承受反压的可靠性。
[0014]本发明的优点为:将提高器件可靠性的工艺融于材料的生长过程中，无需额外的工序，不增加器件的制造成本，不影响芯片制造的合格率。另外，由于AlxGahN势垒阻挡层在平台上生长得较薄，且其与多量子阱层之间有高掺杂的电子注入层，因此，在LED正向导通工作时，不会影响向平台上多量子阱层内的电子注入，因此也不会影响LED的光强。
[0015]【专利附图】
【附图说明】:
图1为GaN基多量子阱LED的典型结构示意图。
[0016]图2为本发明的GaN基多量子阱LED的结构示意图。
[0017]【具体实施方式】:
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0018]一种氮化物发光二极管的外延结构，包括衬底101、依次形成于衬底101上的缓冲层201、η型层300、多量子阱层401和ρ型层501，所述η型层300由从下向上依次叠加的η型GaN层301、η型层内应力释放层302、η型层内势垒阻挡层303和η型层内电子注入层304组成。
[0019]η型层内势垒阻挡层303不掺杂，生长于η型GaN层301与多量子阱层401之间。
[0020]η型层内势垒阻挡层303由AlxGa1J构成，其中O≤χ≤I。
[0021]η型层内势垒阻挡层303在V形坑侧壁702与平台701生长的厚度比为r，且r>l。
[0022]η型层内势垒阻挡层303在高温高压H2载气下生长。
[0023]多量子阱层由阱InxGa1J和垒AlxInyGanyN周期结构组成，周期数为k，阱的禁带宽度小于垒的禁带宽度，其中:讲InxGahN中:0≤x≤I ；^ AlxInyGa1^yN中:0≤x≤1，
O^ y ^ 1,0^ x+y ^ I ;周期数 I < k < 20。
[0024]ρ 型层 501 由 p_AlxInyGah_yN 构成,其中:0<x< I, O ^ y ^ 1,0^ x+y ^ I。
[0025]衬底101 为 Al2O3'SiC、Si 或 GaN 中的一种。
[0026]在本实施例中:
衬底101采用硅衬底，缓冲层201用A1N，η型层内势垒阻挡层303在H2载气、900°C、300乇-500乇下生长，η型层内势垒阻挡层303在平台701上生长的厚度在5_30nm，而在V形坑侧壁702的厚度则会大于在平台701的厚度，起到提高LED 100可靠性的作用。
【权利要求】
1.一种氮化物发光二极管的外延结构，包括衬底、依次形成于衬底上的缓冲层、η型层、多量子阱层和P型层，其特征在于:所述η型层由从下向上依次叠加的η型GaN层、η型层内应力释放层、η型层内势垒阻挡层和η型层内电子注入层组成。
2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于:η型层内势垒阻挡层不掺杂，生长于η型GaN层与多量子阱层之间。
3.根据权利要求1或2所述的外延结构，其特征在于:η型层内势垒阻挡层由AlxGahN构成，其中O≤X≤I。
4.根据权利要求3所述的外延结构，其特征在于:η型层内势垒阻挡层在V形坑侧壁与平台生长的厚度比为r，且r>l。
5.根据权利要求4所述的外延结构，其特征在于:n型层内势垒阻挡层在高温高压H2载气下生长。
6.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于:n型层多量子阱层由阱InxGahN和垒AlxInyGa1^N周期结构组成，周期数为k，阱的禁带宽度小于垒的禁带宽度，其中:阱InxGa1^N 中:0 < x < I ； ^ AlxInyGa1^yN 中:0<叉< I, O ^ y ^ 1,0^ x+y ^ I ;周期数I≤k≤20。
7.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于:p型层由P-AlxInyGa1TyN构成,其中:0<χ?^ I, O ^ y ^ 1,0^ x+y ^ l，p 层由 P-AlxInyGa1TyN:Mg 构成,其中 0 < x < I,0 < y < 1,0^ x+y ^ I。
8.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于:衬底为A1203、SiC、Si或GaN中的一种。
【文档编号】H01L33/14GK103594579SQ201310543241
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】吴小明, 刘军林, 江风益 申请人:南昌黄绿照明有限公司, 南昌大学