GaN基LED外延结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体发光领域，涉及一种GaN基LED外延结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(LED，Light Emitting D1de)是一种半导体发光器件，是利用半导体P-N结电致发光原理制成。LED由于具有寿命长、耗能低、体积小、响应快、稳定性好及发光波长稳定等优点，已被广泛应用于各个领域，尤其随着其照明性能指标日益大幅提高，LED在照明领域常用作发光装置。其中，以氮化镓(GaN)为代表的II1-V族化合物半导体，尤其是GaN(氮化镓)基LED由于具有带隙宽、发光效率高、电子饱和漂移速度高、化学性质稳定等特点，在高亮度蓝光发光二极管、蓝光激光器等光电子器件领域有着巨大的应用潜力，弓丨起了人们的广泛关注。
[0003]LED芯片电压是衡量LED品质的一个重要参数，相同大小的LED芯片在相同电流条件下LED芯片电压较高时说明芯片的等效电阻值较高，电能在转化为光能的过程中也会产生更多的热能，对于LED芯片尤其在大电流长时间的驱动下大量热量的产生对LED芯片的老化品质会产生很大的影响，因此有效降低LED芯片电压对提升LED品质有重要的影响。而在芯片制程条件一定的情况下通过外延工艺调整降低LED芯片电压就是唯一的方法。
[0004]传统外延改善电压的方法多对外延材料及结构进行优化，如η型掺杂、P型掺杂及内部电流扩展等结构设计，这些方法所涉及的参数较多，调整也较为复杂和耗时较久，且不同机台间的调整方向没有很强的复制性，容易造成LED芯片其他性能受到影响。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种GaN基LED外延结构及其制作方法，用于解决现有技术中使用传统外延降低LED芯片电压的方法存在的涉及参数较多，调整比较复杂耗时，且不同机台间的调整方向没有很强的复制性，容易造成LED芯片其他性能受到影响的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种GaN基LED外延结构，所述外延结构包括:依次层叠的成核层、未掺杂GaN层、高温N型GaN层、低温N型GaN层、多量子阱结构、AlGaN层、低温P型Al InGaN层、P型电子阻挡层及P型GaN层。
[0007]优选地，所述成核层的厚度为15nm?50nm ;所述未掺杂GaN层及所述高温N型GaN层的总厚度为1.5 μ m?4.5 μ m ;所述N型GaN层内的掺杂元素为Si，Si的掺杂浓度为lel8cm 3?3el9cm
[0008]优选地，所述低温N型GaN层的厚度为90nm?360nm ;所述低温N型GaN层内的掺杂元素为Si，Si的掺杂浓度为1.5el7cm_3?1.5el8cm_3。
[0009]优选地，所述多量子阱结构由InGaN势阱与GaN势皇交替组成，一个所述InGaN势阱与一个所述GaN势皇构成一个周期对，在同一周期对内，所述GaN势皇位于所述InGaN势阱之上，所述多量子阱结构包括5?18个所述周期对；所述多量子阱结构中In组分的摩尔含量为15%?20%，所述InGaN势阱的厚度范围为2.0nm?4.0nm，所述GaN势皇的厚度范围为 3.0nm ?15nm。
[0010]优选地，所述AlGaN层中Al组分的摩尔含量为2%?20%，所述AlGaN层的厚度范围为20nm?35nm。
[0011]优选地，所述P型电子阻挡层为P型AlGaN、P型AlInGaN或P型AlGaN/GaN超晶格结构；所述P型电子阻挡层的总厚度范围为30nm?80nm，所述P型电子阻挡层中的掺杂兀素为Mg，Mg惨杂浓度范围为5el8cm 3?3.5el9cm 3。
[0012]优选地，所述P型GaN层的厚度为30nm?150nm ;所述P型GaN层中的掺杂元素为Mg，Mg掺杂浓度范围为5el8cm_3?le20cm
[0013]本发明还提供一种GaN基LED外延结构的制作方法，包括以下步骤:
[0014]提供生长衬底，在所述生长衬底上由下至上依次生长成核层、未掺杂GaN层及高温N型GaN层；
[0015]在所述高温N型GaN层上生长低温N型GaN层；
[0016]在所述低温N型GaN层上生长多量子阱结构；
[0017]在所述多量子阱结构上依次生长AlGaN层、低温P型AlInGaN层及P型电子阻挡层；
[0018]在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。
[0019]优选地，优选地，所述生长衬底为蓝宝石生长衬底、GaN生长衬底、硅生长衬底或碳化硅生长衬底。
[0020]优选地，所述成核层的生长温度为450 °C?650 °C，生长厚度为15nm?50nm;所述未掺杂GaN层及所述高温N型GaN层的生长温度为1000 °C?1200 °C ;总生长厚度为1.5μηι?4.5μηι ;所述高温N型GaN层内的掺杂元素为Si，Si的掺杂浓度为lel8cnT3?3el9cm3。
[0021]优选地，所述低温N型GaN层的生长温度为700 °C?900 °C ;所述低温N型GaN层的厚度为90nm?360nm;所述低温N型GaN层内的掺杂元素为Si，Si的掺杂浓度为
1.5el7cm 3?1.5el8cm
[0022]优选地，所述多量子阱结构由InGaN势阱与GaN势皇交替组成，一个所述InGaN势阱与一个所述GaN势皇构成一个周期对，在同一周期对内，所述GaN势皇位于所述InGaN势阱之上，所述多量子阱结构包括5?18个所述周期对；所述多量子阱结构的生长温度为700°C?900°C ;所述多量子阱结构内In的组分含量为15%?20% ;所述第一 InGaN势阱的厚度为2.0nm?4.0nm，所述第一 GaN势皇的厚度为3.0nm?15.0nm0
[0023]优选地，所述AlGaN层的生长温度为850°C?900°C;所述AlGaN层中Al组分的摩尔含量为2%?20%，所述AlGaN层的厚度范围为20nm?35nm。
[0024]优选地，所述低温P型AlInGaN层的生长温度为700°C?800°C ;所述P型电子阻挡层的生长温度为900°C?950°C;所述P型电子阻挡层为P型AlGaN、P型AlInGaN或P型AlGaN/GaN超晶格结构；所述P型电子阻挡层的总厚度范围为30nm?80nm，所述P型电子阻挡层中Mg惨杂浓度范围为5el8cm 3?3.5el9cm 3。
[0025]优选地，所述P型GaN层的生长温度为950°C?1000°C，生长厚度为30nm?150nm ；所述P型GaN层中的掺杂元素为Mg，Mg掺杂浓度范围为5el8cm_3?le20cm_3。
[0026]如上所述，本发明的GaN基LED外延结构及其制作方法，具有以下有益效果:采用所述低温N型GaN层4取代传统LED外延结构中的超晶格结构，由于所述低温N型GaN层的生长温度较低，会使得所述低温N型GaN层内的C元素的含量较高，又所述低温N型GaN层不含In元素，这不仅可以有效地降低外延电压，还可以有效地改善LED器件的漏电和反向电压，进而提尚LED芯片的品质。
【附图说明】
[0027]图1显示为本发明实施例一中提供的GaN基LED外延结构的剖面结构示意图。
[0028]图2显示为本发明实施例一中提供的GaN基LED外延结构中多量子阱结构的剖面结构示意图。
[0029]图3显示为本发明实施例二中提供的GaN基LED外延结构的制作方法的流程图。
[0030]图4至图10显示为本发明实施例二中提供的GaN基LED外延结构的制作方法各步骤中的剖面结构示意图。
[0031]元件标号说明
[0032]I生长衬底
[0033]2成核层
[0034]31未掺杂GaN层
[0035]32高温N型GaN层
[0036]4低温N型GaN层
[0037]5多量子讲结构
[0038]51InGaN 势阱
[0039]52GaN 势皇
[0040]6AlGaN 层
[0041]7低温 P 型 AlInGaN 层
[0042]8P型电子阻挡层
[0043]9P 型 GaN 层
【具体实施方式】
[0044]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0045]请参阅图1至图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0046]实施例一
[0047]请参阅图1，本发明还提供一种GaN基LED外延结构，所述GaN基LED外延结构包括依次层叠的成核层2、未掺杂GaN层31、高温N型GaN层32、低温N型GaN层4、多量子阱结构5、AlGaN层6、低温P型AlInGaN层7、P型电子阻挡层8及P型GaN层9。
[0048]具体的，所述外延结构形成于一生长衬底I上，且所述成核层2位于所述生长衬底I的表面上。所述生长衬底I的材料可以为适合GaN及其半导体外延生长的材料，所述生长衬底I可以为蓝宝石生长衬底、GaN生长衬底、硅生长衬底或碳化硅生长衬底。
[0049]具体的，所述成核层2的厚度为15nm?50nm ;所述未掺杂GaN层31及所述高温N型GaN层32的总厚度为1.5 μ m?4.5 μ m ;所述高温N型GaN层32内的掺杂元素为Si，Si的惨杂浓度为lel8cm3?3el9cm 3。
[0050]具体的，所述低温N型GaN层4的生长温度为700 °C?900 °C，所述低温N型GaN层4的厚度为90nm?360nm ;所述低温N型GaN层4内的掺杂元素为Si，Si的掺杂浓度为1.5el7cm_3?1.5el8cm _3。采用低温生长的所述低温N型GaN层4取代传统LED外延结构中的超晶格结构，由于所述低温N型GaN层4的生长温度较低，会使得所述低温N型GaN层内的C元素的含量较高，又所述低温N型GaN层不含In元素，这不仅可以有效地降低外延电压，还可以有效地改善LED器件的漏电和反向电压，进而提高LED芯片的品质。
[0051]具体的，如图2所示，所述多量子阱结构5的结构由InGaN势阱51与GaN势皇52交替组成，一个所述InGaN势阱51与一个所述GaN势皇52构成一个周期对，在同一周期对内，所述GaN势皇52位于所述InGaN势阱51之上；优选地，本实施例中，所述多量子阱结构5包括5?18个所述周期对。
[0052]具体的，所第二 InGaN势阱51的厚度为2.0nm?4.0nm，所述GaN势皇52的厚度为3nm?15nm ;所述多量子讲结构5内In组分的摩尔含量为15%?20%。
[0053]具体的，所述AlGaN层6中Al的组分含量为2%?20% ;所述AlGaN层6的厚度为 20nm ?35nm。
[0054]具体的，所述低温P型AlInGaN层7的生长温度为700°C?800°