GaN基LED外延结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体发光领域，特别是涉及一种GaN基LED外延结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]GaN基LED应用范围越来越广，对LED外延工艺在生产制备过程要求也越来越高，其中外延结构单片波长均匀性就是一个很重要的方面。外延结构的波长均匀性和其生长多量子阱时外延结构的表面温度均匀性息息相关，而外延结构表面温度又和载盘的接触程度有关，由于外延层GaN和生长衬底蓝宝石晶格常数及热膨胀系数的不同导致外延结构在生长过程中会存在不同程度的翘曲，如果载盘和生长多量子阱时的外延结构翘曲匹配的不好对波长均匀性有非常大的影响。
[0003]现有技术中，一种方法为GaN基LED外延主要通过调整缓冲层的厚度及Al组分来改变应力使得生长多量子阱时外延结构和载盘有较好的匹配，另外一种方法为通过载盘的设计使得其和生长多量子阱时的外延结构有较好的匹配，以上两种方法都可以很好的改善外延结构波长均匀性的问题，但是随着PSS生长衬底(图形化蓝宝石生长衬底)向大底宽和高深度的趋势发展，外延结构的翘曲越来越大，通过缓冲层的调整效果越来越有限；另外载盘的设计一般需要时间较久，同时载盘厂家的工艺水平也有一定的限制。
【发明内容】
[0004]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外延结构及其制备方法，用于解决现有技术中由于PSS生长衬底向大底宽和高深度的趋势发现，外延结构的翘曲越来越大，通过缓冲层调整多量子阱与载盘匹配的效果越来越有限，且载盘的设计耗时较久，且工艺水平也有一定限制的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种GaN基LED外延结构的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤:
[0006]提供生长衬底，在所述生长衬底上生长成核层；
[0007]于线性渐变的生长压力条件下或线性渐变与保压相结合的生长压力条件下在所述成核层上生长未掺杂的GaN层；
[0008]在所述未掺杂的GaN层上生长N型GaN层；
[0009]在所述N型GaN层上生长InGaN/GaN超晶格量子阱结构；
[0010]在所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构上生长InGaN/GaN多量子阱发光层结构；
[0011]在所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构上依次生长AlGaN层、低温P型层及P型电子阻挡层；
[0012]在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。
[0013]作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述生长衬底为蓝宝石衬底、GaN衬底、硅衬底或碳化硅衬底。
[0014]作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述成核层的生长温度为450°C?650°C ;所述成核层的厚度为15nm?50nmo
[0015]作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，生长所述未掺杂的GaN层的过程中，生长压力由第一压力向第二压力线性渐变。
[0016]作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，生长所述未掺杂的GaN层的过程中包括第一保压过程，所述第一保压过程用于保持所述第一压力、所述第二压力或位于所述第一压力及所述第二压力之间的第三压力。
[0017]作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，生长所述未掺杂的GaN层的过程中还包括第二保压过程，所述第二保压过程用于保持第一压力、所述第二压力或所述第三压力，且所述第二保压过程与所述第一保压过程保持不同的压力。
[0018]作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，生长所述未掺杂的GaN层的过程中还包括第三保压过程，所述第三保压过程用于保持所述第一压力、所述第二压力或所述第三压力，且所述第三保压过程与所述第一保压过程及所述第二保压过程分别保持不同的压力。
[0019]作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述第一压力及所述第二压力位于50torr?650torr的压力范围之内；所述第一压力大于所述第二压力，且所述第一压力与所述第二压力的压力差为50torr?600torr。
[0020]作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述第一压力及所述第二压力位于50torr?650torr的压力范围之内；所述第一压力小于所述第二压力，且所述第一压力与所述第二压力的压力差为50torr?600torr。
[0021 ] 作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述未掺杂的GaN层的生长温度为900°C?1200°C，所述未掺杂的GaN层的厚度为1.5 μπι?4.5 μπι。
[0022]作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述N型GaN层的生长温度为1000°C?1200°C，所述N型GaN层的厚度为1.5μπι?4.5μπι;所述N型GaN层内的掺杂元素为Si，Si的掺杂浓度为lel8cm 3?3el9cm 3。
[0023]作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构的生长温度为700°C?900°C;所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构的周期对数为3?30 ；InGaN势阱中In组分的摩尔含量为1%?5%;InGaN势阱的厚度为Inm?4nm，GaN势皇的厚度为Inm?9nm。
[0024]作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构的生长温度为700°C?900°C;所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构的周期对数为5?18 ;InGaN势阱中In组分的摩尔含量为15%?20%;InGaN势阱的厚度为2nm?4nm，GaN势皇的厚度为3nm?15nm。
[0025]作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，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 ;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型电子阻挡层的厚度范围为30nm?80nm，所述P型电子阻挡层中的掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度范围为5el8cm3?3.5el9cm 30
[0026]作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，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的掺杂浓度为5el8cm 3?Ie20cm3。
[0027]本发明还提供一种GaN基LED外延结构，所述GaN基LED外延结构由下至上依次包括:成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN超晶格量子阱结构、InGaN/GaN多量子阱发光层结构、AlGaN层、低温P型层、P型电子阻挡层及P型GaN层。
[0028]如上所述，本发明的GaN基LED外延结构及其制备方法，具有以下有益效果:在生长未掺杂的GaN层的过程中，通过调整生长压力条件可以改变生长过程中外延结构的翘曲度，该方法调整翘曲度的幅度较大，便于找到合适的翘曲度使外延结构在生长多量子阱发光层结构时和载盘能很好的匹配，有效地改善单片外延结构的波长均匀性。
【附图说明】
[0029]图1显示为本发明GaN基LED外延结构的制备方法的流程图。
[0030]图2显示为本发明GaN基LED外延结构的制备方法中SI步骤呈现的结构示意图。
[0031]图3显示为本发明GaN基LED外延结构的制备方法中S2步骤呈现的结构示意图。
[0032]图4显示为本发明GaN基LED外延结构的制备方法中S3步骤呈现的结构示意图。
[0033]图5显示为本发明GaN基LED外延结构的制备方法中S4步骤呈现的结构示意图。
[0034]图6显示为本发明GaN基LED外延结