LED外延结构及其制备方法与流程

本发明涉及半导体发光器件技术领域，尤其涉及一种led外延结构及其制备方法。

背景技术：

发光二极管(light-emittingdiode，led)作为一种新型节能、环保固态照明光源，具有能效高、体积小、重量轻、响应速度快以及寿命长等优点，使其在很多领域得到了广泛应用，如固体照明光源、大屏幕显示、汽车尾灯、交通信号灯等。在led众多应用中，作为普通照明光源是其最具有前景的一项。led照明的核心问题之一是提高led的可靠性，如不能实现高可靠性的led光源，即使光效再好，也会限制其在各个领域的应用。因此，增强led可靠性是led的研究重点。

目前，gan基led结构的失效机理主要有以下几个方面：1）封装材料退化、2）金属点迁移、3）欧姆接触退化、4）静电失效、5）能级缺陷增长。

led结构中的高温p-algan层对mqw（multiplequantumwell，多量子阱）有源层具有破坏作用，通常采取在两者之间生长一层较厚且低温的u-algan层来对mqw有源层进行保护，然而，该u-algan层无法避免高温p型gan层中的mg扩散进入mqw有源层中，进而导致静电失效。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种led外延结构及其制备方法。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种led外延结构，所述led外延结构从下向上依次包括衬底、gan成核层、n型gan层、mqw有源层、高能级阻挡层及p型gan层，其中，所述高能级阻挡层包括aln层和/或aln/algan/aln超晶格层。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高能级阻挡层的厚度范围为10~60nm。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高能级阻挡层的厚度范围为20~40nm。

作为本发明一实施方式的进一步改进，当所述高能级阻挡层为aln/algan/aln超晶格层时，所述高能级阻挡层的al含量范围为20%~30%。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种led外延结构的制备方法，包括步骤：

提供一衬底；

在所述衬底上生长gan成核层；

在所述gan成核层上生长n型gan层；

在所述n型gan层上生长mqw有源层；

在所述mqw有源层上生长高能级阻挡层，所述高能级阻挡层包括aln层和/或aln/algan/aln超晶格层；

在所述高能级阻挡层上生长p型gan层。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高能级阻挡层的厚度范围为10~60nm。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高能级阻挡层的厚度范围为20~40nm。

作为本发明一实施方式的进一步改进，当所述高能级阻挡层为aln/algan/aln超晶格层时，所述高能级阻挡层的al含量范围为20%~30%。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高能级阻挡层的生长温度范围为700~900℃，其生长压力范围为50~300torr。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高能级阻挡层的生长温度为800℃，其生长压力为100torr。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明一实施方式在mqw有源层及p型gan层之间生长高能级阻挡层，所述高能级阻挡层可以有效提高mqw有源层与p型gan层之间的能阶，从而有效防止p型gan层中的mg扩散进入mqw有源层中而导致静电失效，进而增强了led外延结构的可靠性。

附图说明

图1是本发明一实施方式的led外延结构示意图；

图2是本发明一实施方式的led外延结构的制备方法步骤图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

如图1所示，为本发明一实施方式的一种led外延结构100的示意图。

led外延结构100从下向上依次包括：衬底10，gan成核层20、n型gan层30、mqw有源层40、高能级阻挡层50及p型gan层60。

衬底10可由蓝宝石材料制成，当然，在其他实施方式中，衬底10也可以由其他衬底材料制成，例如si、sic等。

gan成核层20优选为低温gan成核层20，且可利用tmga作为ga源。

n型gan层30优选高温n型gan层。

mqw有源层40包括从下向上依次生成的6-8个多量子阱层。

高能级阻挡层50包括aln层和/或aln/algan/aln超晶格层。

高能级阻挡层50形成在mqw有源层40的最后一个垒层上。

这里，aln层、aln/algan/aln超晶格层均可以有效提高mqw有源层40与p型gan层60之间的能阶，从而有效防止p型gan层60中的mg扩散进入mqw有源层40中而导致静电失效，进而增强了led外延结构100的可靠性。

在本实施方式中，所述高能级阻挡层50由含al材料形成，al材料能阶较高，可有效提高mqw有源层40与p型gan层60之间的能阶。

当所述高能级阻挡层50为单层的aln层时，al含量极高。

当所述高能级阻挡层50为aln/algan/aln超晶格层时，所述高能级阻挡层50的al含量范围为20%~30%。

在本实施方式中，所述高能级阻挡层50的厚度范围为10~60nm，通过厚度的设置，可以进一步有效提高mqw有源层40与p型gan层60之间的能阶，从而进一步有效防止p型gan层60中的mg扩散进入mqw有源层40中。

可以理解的是，高能级阻挡层50的厚度可由高能级阻挡层50材料、能阶需求等因素决定。

优选的，所述高能级阻挡层50的厚度范围为20~40nm。

结合图2，本发明一实施方式还提供一种led外延结构100的制备方法，包括步骤：

s1：提供一衬底10；

这里，衬底10可为蓝宝石衬底。

衬底10的形成过程包括：在氢气气氛里对蓝宝石衬底进行退火处理，清洁蓝宝石衬底表面，再进行氮化处理，其中，温度范围控制在1050-1100°c之间，氮化处理时长控制在1-3min。

s2：在所述衬底10上生长gan成核层20；

这里，gan成核层20的生长过程包括：将温度范围下降到500-550°c之间，在衬底10上生长厚度范围为15-25nm的低温gan成核层20，其生长压力控制在500torr，ⅴ/ⅲ摩尔比控制在80-120之间，石墨盘转速稳定在600转/分钟，另外，可利用tmga作为ga源。

s3：在所述gan成核层20上生长n型gan层30；

这里，n型gan层30的生产过程包括：在低温gan成核层20生长结束后，进行原位退火处理，生长厚度范围为0.5-1um的高温gan缓冲层（未标示），而后在高温gan缓冲层生长结束后，生长一层高温n型gan层30。

s4：在所述n型gan层30上生长mqw有源层40；

这里，mqw有源层40的生长过程包括：在高温n型gan层30生长结束后，生长6-8个多量子阱有源层。

s5：在所述mqw有源层40上生长高能级阻挡层50，所述高能级阻挡层50包括aln层和/或aln/algan/aln超晶格层；

这里，高能级阻挡层50的生长过程包括：在mqw有源层40生长结束后，于mqw有源层40的最后一个垒层上生长高能级阻挡层50，高能级阻挡层50可以是一个aln单层，或者，高能级阻挡层50是由aln/algan/aln组成的超晶格层。

另外，所述高能级阻挡层50的生长温度范围控制在700~900℃，其生长压力范围控制在50~300torr。

较佳的，所述高能级阻挡层50的生长温度为800℃，其生长压力为100torr。

s6：在所述高能级阻挡层50上生长p型gan层60；

这里，p型gan层60的生长过程包括：在高能级阻挡层50生长结束后，生长p型gan层60。

这里，aln层、aln/algan/aln超晶格层均可以有效提高mqw有源层40与p型gan层60之间的能阶，从而有效防止p型gan层60中的mg扩散进入mqw有源层40中而导致静电失效，进而增强了led外延结构100的可靠性。

在本实施方式中，所述高能级阻挡层50由含al材料形成，al材料能阶较高，可有效提高mqw有源层40与p型gan层60之间的能阶。

当所述高能级阻挡层50为单层的aln层时，al含量极高。

当所述高能级阻挡层50为aln/algan/aln超晶格层时，所述高能级阻挡层50的al含量范围为20%~30%。

在本实施方式中，所述高能级阻挡层50的厚度范围为10~60nm，通过厚度的设置，可以进一步有效提高mqw有源层40与p型gan层60之间的能阶，从而进一步有效防止p型gan层60中的mg扩散进入mqw有源层40中。

可以理解的是，高能级阻挡层50的厚度可由高能级阻挡层50材料、能阶需求等因素决定。

优选的，所述高能级阻挡层50的厚度范围为20~40nm。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。