一种氮化镓基led外延结构及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及GaN基LED外延结构，具体是一种氮化镓基LED外延结构及其制备方法。本发明解决了现有GaN基LED外延结构发光效率较低、光电性能较差、以及良率较低的问题。一种氮化镓基LED外延结构包括蓝宝石衬底、低温GaN缓冲层、未掺杂GaN层、n型掺杂GaN层、超晶格层、多量子阱发光层、p型AlGaN层、p型GaN接触层；其中，低温GaN缓冲层生长于蓝宝石衬底的上表面；未掺杂GaN层生长于低温GaN缓冲层的上表面；n型掺杂GaN层生长于未掺杂GaN层的上表面；超晶格层生长于n型掺杂GaN层的上表面；多量子阱发光层生长于超晶格层的上表面。本发明适用于制造半导体发光器件。
【专利说明】一种氮化镓基LED外延结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及GaN基LED外延结构，具体是一种氮化镓基LED外延结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]GaN基LED外延结构被广泛应用于制造各种半导体发光器件。作为半导体发光器件的核心，GaN基LED外延结构的性能直接关系到半导体发光器件的性能。在现有技术条件下，GaN 基 LED 外延结构均米用 MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition,金属有机化合物化学气相沉淀)法制备而成。然而实践表明，现有GaN基LED外延结构的低温GaN缓冲层与蓝宝石衬底之间的晶格失配度较高(通常高达16%)，导致低温GaN缓冲层的位错密度较大(通常为IO8-1Oltl),由此一方面导致电子在低温GaN缓冲层受到束缚(即导致低温GaN缓冲层的电流扩展能力较差)，进而导致GaN基LED外延结构的发光效率较低，另一方面导致低温GaN缓冲层的翘曲度较大、内部应力较大、结晶质量较差，进而导致GaN基LED外延结构的漏电流和正向电压较大，最终导致GaN基LED外延结构的光电性能较差、良率较低。基于此，有必要发明一种全新的GaN基LED外延结构，以解决现有GaN基LED外延结构发光效率较低、光电性能较差、以及良率较低的问题。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决现有GaN基LED外延结构发光效率较低、光电性能较差、以及良率较低的问题，提供了一种氮化镓基LED外延结构及其制备方法。
[0004]本发明是采用如下技术方案实现的:一种氮化镓基LED外延结构，包括蓝宝石衬底、低温GaN缓冲层、未掺杂GaN层、η型掺杂GaN层、超晶格层、多量子阱发光层、ρ型AlGaN层、P型GaN接触层；其中，低温GaN缓冲层生长于蓝宝石衬底的上表面；未掺杂GaN层生长于低温GaN缓冲层的上表面；η型掺杂GaN层生长于未掺杂GaN层的上表面；超晶格层生长于η型掺杂GaN层的上表面；多量子讲发光层生长于超晶格层的上表面巾型AlGaN层生长于多量子讲发光层的上表面；Ρ型GaN接触层生长于ρ型AlGaN层的上表面。
[0005]一种氮化镓基LED外延结构的制备方法(该方法用于制备本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构)，该方法是采用如下步骤实现的:
(1)选取蓝宝石衬底；在H2气氛下高温吹扫蓝宝石衬底；
(2)在蓝宝石衬底的上表面生长低温GaN缓冲层；
(3)在低温GaN缓冲层的上表面生长未掺杂GaN层；
(4)在未掺杂GaN层的上表面生长η型掺杂GaN层；
(5)在η型掺杂GaN层的上表面生长超晶格层；
(6)在超晶格层的上表面生长多量子阱发光层；
(7)在多量子阱发光层的上表面生长ρ型AlGaN层；
(8)在ρ型AlGaN层的上表面生长ρ型GaN接触层。[0006]与现有GaN基LED外延结构相比，本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构及其制备方法通过生长超晶格层，具备了如下优点:超晶格层有效降低了低温GaN缓冲层与蓝宝石衬底之间的晶格失配度，有效减小了低温GaN缓冲层的位错密度，由此一方面有效提高了电子在η型掺杂GaN层的横向运动(即有效增强了 η型掺杂GaN层的电流扩展能力)，进而有效提高了 GaN基LED外延结构的发光效率，另一方面有效减小了低温GaN缓冲层的翘曲度和内部应力，有效改善了低温GaN缓冲层的结晶质量，进而有效减小了 GaN基LED外延结构的漏电流和正向电压，最终有效改善了 GaN基LED外延结构的光电性能，有效提高了GaN基LED外延结构的良率。综上所述，本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构及其制备方法通过生长超晶格层，有效解决了现有GaN基LED外延结构发光效率较低、光电性能较差、以及良率较低的问题。
[0007]本发明有效解决了现有GaN基LED外延结构发光效率较低、光电性能较差、以及良率较低的问题，适用于制造半导体发光器件。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明的一种氮化镓基LED外延结构的第一种结构示意图。
[0009]图2是本发明的一种氮化镓基LED外延结构的第二种结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]实施例一
一种氮化镓基LED外延结构，包括蓝宝石衬底、低温GaN缓冲层、未掺杂GaN层、η型掺杂GaN层、超晶格层、多量子阱发光层、ρ型AlGaN层、ρ型GaN接触层；其中，低温GaN缓冲层生长于蓝宝石衬底的上表面；未掺杂GaN层生长于低温GaN缓冲层的上表面；η型掺杂GaN层生长于未掺杂GaN层的上表面；超晶格层生长于η型掺杂GaN层的上表面；多量子讲发光层生长于超晶格层的上表面；ρ型AlGaN层生长于多量子讲发光层的上表面；ρ型GaN接触层生长于P型AlGaN层的上表面。
[0011]在本实施例中，如图1所示，所述超晶格层包括AlGaN/GaN周期循环的η型超晶格层和InGaN/GaN周期循环的超晶格层；AlGaN/GaN周期循环的η型超晶格层生长于η型掺杂GaN层的上表面；InGaN/GaN周期循环的超晶格层生长于AlGaN/GaN周期循环的η型超晶格层的上表面；多量子阱发光层生长于InGaN/GaN周期循环的超晶格层的上表面。
[0012]所述AlGaN/GaN周期循环的η型超晶格层的周期为1-5 ;所述InGaN/GaN周期循环的超晶格层的周期为5-10。
[0013]所述AlGaN/GaN周期循环的η型超晶格层的厚度为2_10 μ m ;所述InGaN/GaN周期循环的超晶格层的厚度为130-150 μ m。
[0014]所述多量子阱发光层由InGaN势阱层和GaN势垒层周期性交替生长形成，且周期数为10-12个；所述多量子阱发光层的厚度为130-160nm。
[0015]一种氮化镓基LED外延结构的制备方法(该方法用于制备本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构)，该方法是采用如下步骤实现的:
(1)选取蓝宝石衬底；在H2气氛下高温吹扫蓝宝石衬底；
(2)在蓝宝石衬底的上表面生长低温GaN缓冲层； (3)在低温GaN缓冲层的上表面生长未掺杂GaN层；
(4)在未掺杂GaN层的上表面生长η型掺杂GaN层；
(5)在η型掺杂GaN层的上表面生长超晶格层；
(6)在超晶格层的上表面生长多量子阱发光层；
(7)在多量子阱发光层的上表面生长ρ型AlGaN层；
(8)在ρ型AlGaN层的上表面生长ρ型GaN接触层。
[0016]具体实施时，本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构的制备方法是通过MOCVD设备实现的。
[0017]实施例二
一种氮化镓基LED外延结构，包括蓝宝石衬底、低温GaN缓冲层、未掺杂GaN层、η型掺杂GaN层、超晶格层、多量子阱发光层、ρ型AlGaN层、ρ型GaN接触层；其中，低温GaN缓冲层生长于蓝宝石衬底的上表面；未掺杂GaN层生长于低温GaN缓冲层的上表面；η型掺杂GaN层生长于未掺杂GaN层的上表面；超晶格层生长于η型掺杂GaN层的上表面；多量子讲发光层生长于超晶格层的上表面；ρ型AlGaN层生长于多量子讲发光层的上表面；ρ型GaN接触层生长于P型AlGaN层的上表面。
[0018]在本实施例中，如图2所示,所述超晶格层包括AlGaN/InGaN周期循环的复合超晶格层；AlGaN/InGaN周期循环的复合超晶格层生长于η型掺杂GaN层的上表面；多量子阱发光层生长于AlGaN/InGaN周期循环的复合超晶格层的上表面。
[0019]所述多量子阱发光层由InGaN势阱层和GaN势垒层周期性交替生长形成，且周期数为10-12个；所述多量子阱发光层的厚度为130-160nm。
[0020]一种氮化镓基LED外延结构的制备方法(该方法用于制备本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构)，该方法是采用如下步骤实现的:
(1)选取蓝宝石衬底；在H2气氛下高温吹扫蓝宝石衬底；
(2)在蓝宝石衬底的上表面生长低温GaN缓冲层；
(3)在低温GaN缓冲层的上表面生长未掺杂GaN层；
(4)在未掺杂GaN层的上表面生长η型掺杂GaN层；
(5)在η型掺杂GaN层的上表面生长超晶格层；
(6)在超晶格层的上表面生长多量子阱发光层；
(7)在多量子阱发光层的上表面生长ρ型AlGaN层；
(8)在ρ型AlGaN层的上表面生长ρ型GaN接触层。
[0021]具体实施时，本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构的制备方法是通过MOCVD设备实现的。
【权利要求】
1.一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于:包括蓝宝石衬底、低温GaN缓冲层、未掺杂GaN层、η型惨杂GaN层、超晶格层、多星;子讲发光层、ρ型AlGaN层、ρ型GaN接触层；其中，低温GaN缓冲层生长于蓝宝石衬底的上表面；未掺杂GaN层生长于低温GaN缓冲层的上表面；η型掺杂GaN层生长于未掺杂GaN层的上表面；超晶格层生长于η型掺杂GaN层的上表面；多量子讲发光层生长于超晶格层的上表面；Ρ层生长于多量子讲发光层的上表面；Ρ型GaN接触层生长于ρ型AlGaN层的上表面。
2.根据权利要求1所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于:所述超晶格层包括AlGaN/GaN周期循环的η型超晶格层和InGaN/GaN周期循环的超晶格层；AlGaN/GaN周期循环的η型超晶格层生长于η型掺杂GaN层的上表面；InGaN/GaN周期循环的超晶格层生长于AlGaN/GaN周期循环的η型超晶格层的上表面；多量子阱发光层生长于InGaN/GaN周期循环的超晶格层的上表面。
3.根据权利要求1所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于:所述超晶格层包括AlGaN/InGaN周期循环的复合超晶格层；AlGaN/InGaN周期循环的复合超晶格层生长于η型掺杂GaN层的上表面；多量子阱发光层生长于AlGaN/InGaN周期循环的复合超晶格层的上表面。
4.根据权利要求2所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于:所述AlGaN/GaN周期循环的η型超晶格层的周期为1-5 ;所述InGaN/GaN周期循环的超晶格层的周期为5-10。
5.根据权利要求2或4所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于:所述AlGaN/GaN周期循环的η型超晶格层的厚度为2_10 μ m ;所述InGaN/GaN周期循环的超晶格层的厚度为 130-150 μ m。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于:所述多量子阱发光层由InGaN势阱层和GaN势垒层周期性交替生长形成，且周期数为10-12个；所述多量子阱发光层的厚度为130-160nm。
7.根据权利要求5所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于:所述多量子阱发光层由InGaN势阱层和GaN势垒层周期性交替生长形成，且周期数为10-12个；所述多量子阱发光层的厚度为130-160nm。
8.一种氮化镓基LED外延结构的制备方法,该方法用于制备如权利要求1所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于:该方法是采用如下步骤实现的: (1)选取蓝宝石衬底；在H2气氛下高温吹扫蓝宝石衬底； (2)在蓝宝石衬底的上表面生长低温GaN缓冲层； (3)在低温GaN缓冲层的上表面生长未掺杂GaN层； (4)在未掺杂GaN层的上表面生长η型掺杂GaN层； (5)在η型掺杂GaN层的上表面生长超晶格层； (6)在超晶格层的上表面生长多量子阱发光层； (7)在多量子阱发光层的上表面生长ρ型AlGaN层； (8)在ρ型AlGaN层的上表面生长ρ型GaN接触层。
【文档编号】H01L33/06GK103500780SQ201310453881
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】梁建, 韩蕊蕊, 吴文质, 马淑芳, 杨鑫, 田海军, 许并社 申请人:山西飞虹微纳米光电科技有限公司, 太原理工大学