一种发光二极管的外延结构及外延生长方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管的外延结构及外延生长方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light Emitting D1de，简称LED)的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的空穴与电子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
[0003]目前生产GaN基LED所用的衬底80%使用蓝宝石(Al2O3)衬底，然而Al2O3与GaN的晶格失配和热膨胀系数差异都很大，在外延生长过程中，引入了大量的晶格缺陷并产生了应力。这些位错往往会沿着晶格通过PN结中的发光层延伸到外延结构表面，形成穿透位错，使得LED的晶体质量变差，局部电流容易过大而造成失效，抗静电能力差。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术大量的位错造成LED抗静电能力差的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管的外延结构及外延生长方法。所述技术方案如下:
[0005]—方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的外延结构，所述外延结构包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、浅讲层、多量子阱层、低温P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、高温P型GaN层、P型GaN接触层，所述外延结构还包括层叠在所述蓝宝石衬底和所述GaN缓冲层之间的AlxGanN缓冲层，0.3 < x<0.8。
[0006]可选地，所述AlxGapxN缓冲层的厚度为2?8nm。
[0007]另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的外延生长方法，所述外延生长方法包括:
[0008]在蓝宝石衬底上生长AlxGai—xN缓冲层，0.3 ^ x ^ 0.8;
[0009]对所述AlxGa1-XN缓冲层进行高温退火处理；
[0010]在所述AlxGahN缓冲层上生长GaN缓冲层；
[0011]在所述GaN缓冲层上生长未掺杂GaN层；
[0012]在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；
[0013]在所述N型GaN层上生长浅阱层；
[0014]在所述浅阱层上生长多量子阱层；
[0015]在所述多量子阱层上生长低温P型GaN层；
[0016]在所述低温P型GaN层上生长P型AlGaN电子阻挡层；
[0017]在所述P型AlGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层；
[0018]在所述高温P型GaN层上生长P型GaN接触层。
[0019]可选地，所述AlxGa1-XN缓冲层的厚度为2?8nm。
[0020]可选地，所述AlxGa1-XN缓冲层的生长温度为500?650°C。
[0021]可选地，所述AlxGa1-XN缓冲层的生长压力为50?200Torr。
[0022]可选地，所述高温退火处理的温度为1000?1100°C。
[0023 ] 可选地，所述高温退火处理的时间为3?I Omin。
[0024]可选地，在所述在蓝宝石衬底上生长AlxGa1-A缓冲层之前，所述外延生长方法还包括:
[0025]将所述蓝宝石衬底在1000?1200 °(:的出气氛里进行高温清洁处理5?20min，并进行氮化处理。
[0026]可选地，在所述高温P型GaN层上生长P型接触层之后，所述外延生长方法还包括:
[0027]在600?900°C的PN2气氛里进行退火处理10?30min，并将温度逐渐降至室温。
[0028]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0029]通过在主要成分为Al2O3的蓝宝石衬底和GaN缓冲层之间设置AlxGaixN缓冲层，可以有效减缓因Al2O3和GaN之间晶格失配产生的缺陷和位错，减少发光二极管的漏电通道，提高发光二极管的抗静电能力。
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管的外延结构的结构示意图；
[0032]图2是本发明实施例二提供的一种发光二极管的外延生长方法的流程图；
[0033]图3是本发明实施例三提供的一种发光二极管的外延生长方法的流程图；
[0034]图4是本发明实施例四提供的一种发光二极管的外延生长方法的流程图。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0036]实施例一
[0037]本发明实施例提供了一种发光二极管的外延结构，参见图1，该外延结构包括蓝宝石衬底1、以及依次层叠在蓝宝石衬底I上的AlxGapxN缓冲层2、GaN缓冲层3、未掺杂GaN层4、N型GaN层5、浅阱层6、多量子阱层7、低温P型GaN层8、P型AlGaN电子阻挡层9、高温P型GaN层
10、P 型GaN 接触层11，0.3<χ<0.8。
[0038]在本实施例中，浅阱层6和多量子阱层7均包括交替层叠的InGaN层和GaN层。
[0039]可选地，AlxGa1-ΧΝ缓冲层2的厚度可以为2?8nm。当AlxGa1-ΧΝ缓冲层2的厚度小于2nm时，无法有效缓解Al2O3和GaN之间的晶格失配；当AlxGapxN缓冲层2的厚度大于8nm时，会造成浪费，提高生产成本。
[0040]可选地，GaN缓冲层3的厚度可以为10?30nm，V/III比为100?400。[0041 ] 可选地，未掺杂GaN层4的厚度可以为I?2μπι，V/III比为200?3000。
[0042]可选地，N型GaN层5的厚度可以为1.5?3.5μπι，ν/ΙΙΙ比为400?3000。
[0043]可选地，浅讲层6中InGaN层和GaN层的层数之和可以为10?40层。
[0044]可选地，浅讲层6中InGaN层的厚度可以为I?4nm，，V/III比为100?500;浅讲层6中GaN层的厚度可以为10?30nm，V/III比为100?500。
[0045]可选地，多量子阱层7中InGaN层和GaN层的层数之和可以为12?30层。
[0046]可选地，多量子阱层7中InGaN层的厚度可以为2?5nm，V/III比为100?500;多量子阱层7中GaN层的厚度可以为5?15nm，V/III比为100?500。
[0047]可选地，低温P型GaN层8的厚度可以为30?120nm，V/III比为1000?4000。
[0048]可选地，P型AlGaN电子阻挡层9的厚度可以为50?150nm，V/III比为1000?10000。
[0049]可选地，高温P型GaN层10的厚度可以为50?150nm，V/III比为500?4000。
[0050]可选地，P型GaN接触层11的厚度可以为3?10nm，V/III比为10000?20000。
[0051 ] 在本实施例中，V/III比为V价原子与m价原子的摩尔比。
[0052]本发明实施例通过在主要成分为Al2O3的蓝宝石衬底和GaN缓冲层之间设置AlxGapxN缓冲层，可以有效减缓因Al2O3和GaN之间晶格失配产生的缺陷和位错，减少发光二极管的漏电通道，提高发光二极管的抗静电能力。
[0053]实施例二
[0054]本发明实施例提供了一种发光二极管的外延生长方法，是实施例一提供的发光二极管的外延结构的一种具体实现方式，参见图2，该外延生长方法包括:
[0055]步骤201:将蓝宝石衬底在1000?1200°C的H2气氛里进行高温清洁处理5?20min，并进行氮化处理。
[0056]步骤202:将温度下降到500?550°C，在50?200Torr的生长压力下生长厚度为4?8nm的AlxGa1-XN缓冲层(0.3 < x < 0.5)。
[0057]步骤203:将温度上升至1000?1100°C，对AlxGapxN缓冲层进行3?6min的高温退火处理。
[0058]步骤204:将温度下降到450?600°C，在100?200Torr的生长压力下生长20?30nm、V/III比为100?400的GaN缓冲层。
[0059]步骤205:将温度上升至1000?1200°C，在100?500Torr的生长压力下生长厚度为I?2μπι、ν/ΙΙΙ比为200?3000的未掺杂GaN层。
[0060]步骤206:将温度调节至950?1150°C，在300?500Torr的生长压力下生长厚度为1.5?3.54111、￥/111比为400?3000的1^^^^层。
[0061]步骤207:交替生长5?20层厚度为I?4nm、V/m比为500?10000的InyGapyN层(O<y<0.1)和5?20层厚度为10?30nm、V/ΙΠ比为500?10000的GaN层，形成浅讲层，InyGai一yN层的生长温度为750?850°C，生长压力为100?500Torr，GaN层的生长温度为850?950°C，生长压力为100?5OOTorr13
[0062]步骤208:交替生长6?15层厚度为2?5nm、V/m比为2000?20000的InzGapzN层(0.2〈z〈0.5)和6?15层厚度为5?15nm、V/ΙΠ比为2000?20000的GaN层，形成多量子阱层，InzGa1-ZN层的生长温度为700?850°C，生长压力为100?500Torr，GaN层的生长温度为850?％0°C，生长压力为100?5OOTorr0
[0063]步骤209:将温度调节至700?800°C，在100?600Torr的生长压力下生长30?120nm、V/III比为1000?4000的低温P型GaN层，生长时间为3?15min。
[0064]步骤210:将温度升高至900?1000°C，在50?300Torr的生长压力下生长50?150nm、V/III比为1000?10000的P型AlGaN电子阻挡层，生长时间为4?15min。
[0065]步骤211:将温度调节至900?1050°C，在100?500Torr的生长压力下生长50?150nm、V/III比为500?4000的高温P型GaN层，生长时间为10?20min。
[0066]步骤212:将温度下降到700?850°C，在100?500Torr的生长压力下生长3?10nm、V/III比为10000?20000的P型GaN接触层，生长时间为0.5?5min。
[0067]步骤213:在600?900 °C的PN2气氛里进行退火处理10?30min，并将温度逐渐降至室温。
[0068]本发明实施例通过在主要成分为Al2O3的蓝宝石衬底和GaN缓冲层之间设置AlxGapxN缓冲层，可以有效减缓因Al2O3和GaN之间晶格失配产生的缺陷和位错，减少发光二极管的漏电通道，提高发光二极管的抗静电能力。
[0069]实施例三
[0070]本发明实施例提供了一种发光二极管的外延生长方法，是实施例一提供的发光二极管的