具有低漏电高发光效率的外延生长结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种外延生长结构，尤其是一种具有低漏电高发光效率的外延生长结构，属于半导体外延生长的【技术领域】。按照本实用新型提供的技术方案，所述具有低漏电高发光效率的外延生长结构，包括衬底及生长于所述衬底上的半导体发光结构；所述半导体发光结构包括生长于衬底上的缓冲层，所述缓冲层上生长有N型化合物半导体材料层，所述N型化合物半导体材料层上生长有有源层，所述有源层上生长有电子溢出阻挡层，所述电子溢出阻挡层上生长有P型化合物半导体材料层。本实用新型结构紧凑，发光效率高，低漏电且具有更强的抗击大电流能力，进一步降低了成本，更适合大尺寸外延片的生长，工艺方便，安全可靠。
【专利说明】具有低漏电高发光效率的外延生长结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种外延生长结构，尤其是一种具有低漏电高发光效率的外延生长结构，属于半导体外延生长的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]LED作为一种新型的固态照明产品，由于其具备了体积小、发热量低、耗电量小(低电压、低电流的工作状态)、耐震及耐冲击、无热辐射、寿命长(十万小时以上)、响应速度快、可靠性高等特点，已成为新一代照明光源的主流产品。但如果想完全替代传统光源，就要进一步提高内、外量子效率，且要进一步降低成本。
[0003]目前，主流的LED外延生长是在蓝宝石衬底上生长GaN结构，由于两者存在较高的晶格失配及热失配，导致整个结构内部有很大的应力需要释放，传统的AlN或GaN缓冲层结构可以释放掉部分的应力，但仍有一部分未被释放的应力会导致材料本身有较高的位错密度，致使LED的漏电增加或抗大电流轰击的能力下降，严重情况下，位错导致的材料缺陷会延伸至有源区，致使材料本身的内量子效率下降。增加N型GaN的厚度虽然可以抑制部分缺陷的延伸，但该方法不但使LED成本上升，且N型GaN过厚会导致光损耗的问题；另外，大尺寸外延片并不适合此种解决方式。因此迫切需要对现有外延结构进行改善以达到提高LED内量子效率、提升可靠性及降低成本之目的。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有低漏电高发光效率的外延生长结构，其结构紧凑，发光效率高，低漏电且具有更强的抗击大电流能力，进一步降低了成本，更适合大尺寸外延片的生长，工艺方便，安全可靠。
[0005]按照本实用新型提供的技术方案，所述具有低漏电高发光效率的外延生长结构，包括衬底及生长于所述衬底上的半导体发光结构；所述半导体发光结构包括生长于衬底上的缓冲层，所述缓冲层上生长有N型化合物半导体材料层，所述N型化合物半导体材料层上生长有有源层，所述有源层上生长有电子溢出阻挡层，所述电子溢出阻挡层上生长有P型化合物半导体材料层。
[0006]所述缓冲层包括第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层及第四缓冲层；第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层及第四缓冲层的厚度均为5?50nm。
[0007]所述第一缓冲层为AlN层，第二缓冲层为GaN层，第三缓冲层为AlGaN层，第四缓冲层为GaN层。
[0008]所述N型化合物半导体材料层为N型GaN层。所述P型化合物半导体材料层为P型GaN层。
[0009]本实用新型的优点:通过四步缓冲层的生长，有效解决了衬底与GaN材料的晶格失配及热失配的问题，更大程度的释放了应力，从而达到了降低位错密度，提高了晶体生长的质量，使整个外延结构有更高的抗静电能力，更低的漏电，由于抑制了部分缺陷向有源区的延伸，对提高内量子效率也有帮助，且此种结构更适合大尺寸外延片的生长，此新型工艺与现有工艺兼容，工艺方便，安全可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型的结构示意图。
[0011]附图标记说明:1-衬底、2-第一缓冲层、3-第二缓冲层、4-第三缓冲层、5-第四缓冲层、6-N型化合物半导体材料层、7-有源层、8-电子溢出阻挡层及9-P型化合物半导体材料层。
【具体实施方式】
[0012]下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0013]如图1所示:为了能够提高抗静电能力，降低漏电，提高出光效率，本实用新型包括衬底I及生长于所述衬底I上的半导体发光结构；所述半导体发光结构包括生长于衬底I上的缓冲层，所述缓冲层上生长有N型化合物半导体材料层6，所述N型化合物半导体材料层6上生长有有源层7，所述有源层7上生长有电子溢出阻挡层8，所述电子溢出阻挡层8上生长有P型化合物半导体材料层9。
[0014]具体地，衬底I的材料可以选用蓝宝石或硅。所述缓冲层包括第一缓冲层2、第二缓冲层3、第三缓冲层4及第四缓冲层5 ;第一缓冲层2、第二缓冲层3、第三缓冲层4及第四缓冲层5的厚度均为5?50nm。所述第一缓冲层2为AlN层，第二缓冲层3为GaN层，第三缓冲层4为AlGaN层，第四缓冲层5为GaN层。
[0015]所述N型化合物半导体材料层6为施主掺杂的N型GaN层。所述P型化合物半导体材料层9为受主掺杂的P型GaN层。电子溢出阻挡层8为AlGaN及GaN形成的超晶格结构
[0016]本实用新型实施例中，第一缓冲层2使用Al源及N2、NH3,生长厚度控制在5nnT50nm，生长的工艺条件包括:氨气为广50升、氮气为2(Γ200升、生长速率控制在20(Tl000nm/hour ;温度为500?1000度；压力为15?300torr。第二缓冲层3使用Ga源、N2、NH3、H2，生长厚度控制在5nnT50nm，生长的工艺条件包括:氨气为4(Tl00升、氮气为2(Γ200升、氢气为10(Γ200升；生长速率控制在20(Tl000nm/hour ;温度为50(Γ800度；压力为300?600torr。
[0017]第三缓冲层4使用Al源，Ga源，N2, NH3,生长厚度控制在5nnT50nm，生长的工艺条件包括:氨气为I?50升、氮气为20?200升、生长速率控制在20(Tl000nm/hour ;温度为600?1100度；压力I为5?200torr。Al的掺杂浓度控制在1E16至5E20之间。
[0018]第四缓冲层5使用Ga源、N2、NH3、H2,生长厚度控制在5nnT50nm，生长的工艺条件包括:氨气为40?100升、氮气为20?200升、氢气为50?200升；生长速率控制在20(Tl000nm/hour ;温度500?800度；压力为200?600torr。
[0019]本实用新型在衬底I上生在的半导体发光结构可以采用常用的金属有机化合物气相外延设备即可生长得到，所述外延结构特别适用于大尺寸蓝白光的外延片。
[0020]本实用新型通过四步缓冲层的生长，有效解决了衬底I与GaN材料的晶格失配及热失配的问题，更大程度的释放了应力，从而达到了降低位错密度，提高了晶体生长的质量，使整个外延结构有更高的抗静电能力，更低的漏电，由于抑制了部分缺陷向有源区7的延伸，对提高内量子效率也有帮助，且此种结构更适合大尺寸外延片的生长，此新型工艺与现有工艺兼容，工艺方便，安全可靠。
【权利要求】
1.一种具有低漏电高发光效率的外延生长结构，包括衬底(I)及生长于所述衬底(I)上的半导体发光结构；其特征是:所述半导体发光结构包括生长于衬底(I)上的缓冲层，所述缓冲层上生长有N型化合物半导体材料层(6)，所述N型化合物半导体材料层(6)上生长有有源层(7)，所述有源层(7)上生长有电子溢出阻挡层(8)，所述电子溢出阻挡层(8)上生长有P型化合物半导体材料层(9)； 所述缓冲层包括第一缓冲层(2)、第二缓冲层(3)、第三缓冲层(4)及第四缓冲层(5)；第一缓冲层(2)、第二缓冲层(3)、第三缓冲层(4)及第四缓冲层(5)的厚度均为5?50nm; 所述第一缓冲层(2 )为AlN层，第二缓冲层(3 )为GaN层，第三缓冲层(4)为AlGaN层，第四缓冲层(5)为GaN层； 所述N型化合物半导体材料层(6)为N型GaN层； 所述P型化合物半导体材料层(9)为P型GaN层。
【文档编号】H01L33/14GK204144303SQ201420009213
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】钟玉煌, 郭明灿, 冯雪瑞 申请人:江苏新广联科技股份有限公司