一种具有抑制极化效应垒层蓝光led外延结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发光二极管技术领域，特别是具有抑制极化效应垒层蓝光LED的外延结构及生长方法。
【背景技术】
[0002]随着蓝光GaN基LED应用越来越广泛，人们对蓝光GaN基LED的亮度更加关注，近几年LED研究学者通过调整图形化衬底规格、提高注入电流扩展、抑制极化效应、改善晶体质量、提高空穴掺杂浓度等来获得高亮度的外延片。
[0003]由于传统蓝光GaN基LED外延结构及生长方法中蓝宝石衬底与GaN材料存在晶格失配，产生自发极化和压电极化导致量子阱中的电子和空穴的波函数产生空间分离，从而降低电子空穴的复合几率。而且导致能带产生了严重的弯曲，能带弯曲降低量子阱对载流子的限制能力，从而产生较大的漏电流。
[0004]传统的蓝光GaN基LED外延结构及生长方法参看图1，从下到上依次为:图形化衬底1、A1N缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、浅量子阱层5、有源层6、P型AlxGa1 XN电子阻挡层7、P型GaN层8。为了克服以上缺点，很多研究学者研发出很多结构以降低极化。例如:InGaN、AlInNjlxGa1 XN或者AlGaInN作为量子垒层，以及调整量子阱中阱和垒层厚度、量子阱数量、量子阱垒层掺杂等。限制载流子的溢流，提高空穴均匀分布的能力，即提高波函数的复合几率，但效果有限。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有释放应力，抑制极化效应垒层LED外延结构及生长方法。通过在现有外延结构中插入一种新型垒层，释放应力、抑制极化、降低缺陷密度从而提高辐射复合几率，降低极化效应，以达到增强LED内量子效率的目的。
[0006]为了达到上述发明目的，本发明的技术方案如下:
一种具有抑制极化效应垒层蓝光LED外延结构，它从下至上依次包括衬底、AlN缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、浅量子阱层、有源区、电子阻挡层和P型GaN层，所述浅量子阱层与有源区之间插入抑制极化效应垒层，所述抑制极化效应垒层从下至上包括AlxGa1 XN层和SiN层。
[0007]在生长蓝光LED外延结构中，生长所述抑制极化效应垒层时，AlxGa1 XN层与SiN层交替生长，生长周期为2~20个周期。
[0008]在生长蓝光LED外延结构中，所述抑制极化效应垒层在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长，AlxGa1 -层的厚度随着周期数目的增加，逐渐增厚，AlGaN层平衡量子阱的应力，减缓应力和极化效应，可以使电子和空穴更好的复合，提高亮度。SiN层的厚度随着周期数目的增加，逐渐减薄，SiN层改善晶体质量，可以提高产品的电性。超晶格生长使两种材料有效地结合。
[0009]在上述蓝光LED外延结构中，所述抑制极化效应垒层中AlxGa1 XN层的生长温度为600-900°C, Al组分为0〈χ〈1，厚度为5_150nm，生长压力300_700mbar ;SiN层的生长温度为600-900°C，生长厚度为l_50nm，生长压力300_700mbar。
[0010]在上述蓝光LED外延结构中，生长所述抑制极化效应垒层使用衬底为图形化蓝宝石衬底、平衬底、非极性衬底、Si衬底或SiC衬底。
[0011]在上述蓝光LED外延结构中，所述抑制极化效应垒层中AlxGa1 XN层，当X=O时，AlxGa1 XN层变成GaN层；当X为0〈χ〈1时，AlxGa1 XN层变成AlGaN层；所以，所述抑制极化效应垒层中下层和上层交替生长的结构还可以为GaN层和SiN层、AlGaN层和SiN层中任意一种结构组合。
[0012]与此相应,一种具有抑制极化效应垒层蓝光LED外延结构的生长方法,依次包括如下步骤:
首先，外延结构的制备方法是在MOCVD反应炉里进行高温烘烤，去除衬底I表面的残余杂质；
在衬底I上调整温度到500-900°C之间，生长一层AlN缓冲层2 ；
在AlN缓冲层2上调整温度到900-1200°C之间，生长U型GaN层3，生长大约10_80min，厚度为1-1Oum ；
在U型GaN层3上生长N型GaN层4，调整温度到800-1500 V之间，生长时间为10-80min，生长总厚度在 10-10000nm。
[0013]在N型GaN层4上，调整温度到700-1000°C之间，生长浅量子阱5 ；
在浅量子阱5上，生长抑制极化效应垒层6，调整温度到700-100(TC之间，包括依次生长AlxGalxN层10和生长SiN层11，生长总厚度10nm-2000nm。。首先生长AlxGa1 XN层10，生长温度为700-100(TC，生长压力为300-700mbar，厚度为50_150nm ;然后，再生长SiN层11，生长温度为700-1000°C，生长压力为300-700mbar，厚度为50_lnm。
[0014]在SiN层11上，调整温度在800-1000°C之间，生长有源区7 ；
在有源区7上调整温度到800-100(TC之间，生长P型AlxGa1 XN电子阻挡层8，厚度为50-1000 埃；
在P型AlxGa1 XN电子阻挡层8上，调整温度在800-1200°C之间，生长P型GaN层9，厚度为 1000-5000 埃，Mg 的浓度为 5xl017 ?IxlO23 cm3。
[0015]优选地，生长所述抑制极化效应垒层6步骤:
AlxGa1 XN层(10)与SiN层11交替生长，生长周期为2?20个周期。
[0016]在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长所述抑制极化效应垒层6，AlxGai #层10的厚度随着周期数目的增加，逐渐增厚；SiN层11的厚度随着周期数目的增加，逐渐减薄。
[0017]生长所述AlxGa1…层10，Al组分为0〈χ〈1，其Al组分为逐渐降低或Al组分不变，其AlxGa1 #层10生长厚度由薄逐渐变厚，或生长厚度由厚逐渐变薄，也可以生长厚度固定不变。
[0018]生长所述SiN层11，其生长厚度由薄逐渐变厚，或生长厚度由厚逐渐变薄，也可以生长厚度固定不变。
[0019]生长所述衬底为图形化蓝宝石衬底1、平衬底1、非极性衬底l、Si衬底I或SiC衬底I。
[0020]优选地，生长所述抑制极化效应垒层6下层和上层的步骤:
生长所述抑制极化效应垒层6中AlxGa1 XN层10，当x=0时，AlxGa1 XN层10变成GaN层10 ;当X为0〈χ〈1时，AlxGa1 XN层10变成AlGaN层10 ;所以，生长所述抑制极化效应垒层6中下层和上层交替生长的结构还可以为GaN层10和SiN层IUAlGaN层10和SiN层11中任意一种结构组合。
[0021]交替生长所述抑制极化效应垒层6下层和上层的结构，所述结构为GaN层10和SiN层11、AlGaN层10和SiN层11中任意一种结构组合。
[0022]本发明具有以下有益效果:
本发明由于采用了上述结构及生长方法，通过AlxGa1少层10与SiN层11交替生长，释放了压应力，抑制极化现象；SiN层11有助于阻挡电子陷落表面态和二维电子气(2DEG)耗尽，同时SiN层11有助于阻挡位错，从而提高电子注入效率，提高晶体质量；同时AlxGa1 XN层10的势垒高度大于GaNlO的势垒高度，从而阻挡了电子，抑制了溢流现象。本发明在一定程度上避免了波函数的空间分离，提高了电子空穴复合几率，从而有效提高内量子效率。
[0023]除了上面描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其他的目的、特征和优点。
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
【附图说明】
[0025]构成本申请的一部分的附图用来对本发明做进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的进一步限定。在附图中:
图1为现有技术中LED外延结构示意图；
图2为本发明具有抑制极化效应垒层蓝光LED外延结构示意图；
图3是本发明实施例中抑制极化效应垒层的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是，本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0027]参看本图2，本发明提供一种具有抑制极化效应垒层蓝光LED外延结构，从下至上依次包括图形化衬底1、A1N缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、浅量子阱层5、应力释放层6、有源区7、电子阻挡层8和P型GaN层9，浅量子阱层5与有源区7之间插入了一层抑制极化效应垒层6，抑制极化效应垒层6包括AlxGa1 -层10、SiN层11。在生长蓝光GaN基LED过程中，生长抑制极化效应垒层时，AlxGa1少层10与SiN层11交替生长，生长周期为6个周期。
[0028]在上述蓝光GaN基LED外延结构中，抑制极化效应垒层6中AlxGa1 XN层10的生长温度为680-880°C，Al组分为0〈χ〈1，厚度为50_150nm，生长压力300_700mbar ;SiN层11的生长温度为680 _880°C，生长厚度为l_50nm，300-700mbar。
[0029]参看本图3，AlxGa1 XN层10与SiN层11交替生长，其中，AlxGa1 XN层10的厚度随着周期数目的增加，逐渐增厚；SiN层11厚度随着周期数目的增加，