一種氮化鎵基led外延結構及其製備方法
2023-05-07 07:07:46 1
一種氮化鎵基led外延結構及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及GaN基LED外延結構，具體是一種氮化鎵基LED外延結構及其製備方法。本發明解決了現有GaN基LED外延結構發光效率較低、光電性能較差、以及良率較低的問題。一種氮化鎵基LED外延結構包括藍寶石襯底、低溫GaN緩衝層、未摻雜GaN層、n型摻雜GaN層、超晶格層、多量子阱發光層、p型AlGaN層、p型GaN接觸層；其中，低溫GaN緩衝層生長於藍寶石襯底的上表面；未摻雜GaN層生長於低溫GaN緩衝層的上表面；n型摻雜GaN層生長於未摻雜GaN層的上表面；超晶格層生長於n型摻雜GaN層的上表面；多量子阱發光層生長於超晶格層的上表面。本發明適用於製造半導體發光器件。
【專利說明】一種氮化鎵基LED外延結構及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及GaN基LED外延結構，具體是一種氮化鎵基LED外延結構及其製備方法。
【背景技術】
[0002]GaN基LED外延結構被廣泛應用於製造各種半導體發光器件。作為半導體發光器件的核心，GaN基LED外延結構的性能直接關係到半導體發光器件的性能。在現有技術條件下，GaN 基 LED 外延結構均米用 MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition,金屬有機化合物化學氣相沉澱)法製備而成。然而實踐表明，現有GaN基LED外延結構的低溫GaN緩衝層與藍寶石襯底之間的晶格失配度較高(通常高達16%)，導致低溫GaN緩衝層的位錯密度較大(通常為IO8-1Oltl),由此一方面導致電子在低溫GaN緩衝層受到束縛(即導致低溫GaN緩衝層的電流擴展能力較差)，進而導致GaN基LED外延結構的發光效率較低，另一方面導致低溫GaN緩衝層的翹曲度較大、內部應力較大、結晶質量較差，進而導致GaN基LED外延結構的漏電流和正向電壓較大，最終導致GaN基LED外延結構的光電性能較差、良率較低。基於此，有必要發明一種全新的GaN基LED外延結構，以解決現有GaN基LED外延結構發光效率較低、光電性能較差、以及良率較低的問題。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決現有GaN基LED外延結構發光效率較低、光電性能較差、以及良率較低的問題，提供了一種氮化鎵基LED外延結構及其製備方法。
[0004]本發明是採用如下技術方案實現的:一種氮化鎵基LED外延結構，包括藍寶石襯底、低溫GaN緩衝層、未摻雜GaN層、η型摻雜GaN層、超晶格層、多量子阱發光層、ρ型AlGaN層、P型GaN接觸層；其中，低溫GaN緩衝層生長於藍寶石襯底的上表面；未摻雜GaN層生長於低溫GaN緩衝層的上表面；η型摻雜GaN層生長於未摻雜GaN層的上表面；超晶格層生長於η型摻雜GaN層的上表面；多量子講發光層生長於超晶格層的上表面巾型AlGaN層生長於多量子講發光層的上表面；Ρ型GaN接觸層生長於ρ型AlGaN層的上表面。
[0005]一種氮化鎵基LED外延結構的製備方法(該方法用於製備本發明所述的一種氮化鎵基LED外延結構)，該方法是採用如下步驟實現的:
(1)選取藍寶石襯底；在H2氣氛下高溫吹掃藍寶石襯底；
(2)在藍寶石襯底的上表面生長低溫GaN緩衝層；
(3)在低溫GaN緩衝層的上表面生長未摻雜GaN層；
(4)在未摻雜GaN層的上表面生長η型摻雜GaN層；
(5)在η型摻雜GaN層的上表面生長超晶格層；
(6)在超晶格層的上表面生長多量子阱發光層；
(7)在多量子阱發光層的上表面生長ρ型AlGaN層；
(8)在ρ型AlGaN層的上表面生長ρ型GaN接觸層。[0006]與現有GaN基LED外延結構相比，本發明所述的一種氮化鎵基LED外延結構及其製備方法通過生長超晶格層，具備了如下優點:超晶格層有效降低了低溫GaN緩衝層與藍寶石襯底之間的晶格失配度，有效減小了低溫GaN緩衝層的位錯密度，由此一方面有效提高了電子在η型摻雜GaN層的橫向運動(即有效增強了 η型摻雜GaN層的電流擴展能力)，進而有效提高了 GaN基LED外延結構的發光效率，另一方面有效減小了低溫GaN緩衝層的翹曲度和內部應力，有效改善了低溫GaN緩衝層的結晶質量，進而有效減小了 GaN基LED外延結構的漏電流和正向電壓，最終有效改善了 GaN基LED外延結構的光電性能，有效提高了GaN基LED外延結構的良率。綜上所述，本發明所述的一種氮化鎵基LED外延結構及其製備方法通過生長超晶格層，有效解決了現有GaN基LED外延結構發光效率較低、光電性能較差、以及良率較低的問題。
[0007]本發明有效解決了現有GaN基LED外延結構發光效率較低、光電性能較差、以及良率較低的問題，適用於製造半導體發光器件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的一種氮化鎵基LED外延結構的第一種結構示意圖。
[0009]圖2是本發明的一種氮化鎵基LED外延結構的第二種結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]實施例一
一種氮化鎵基LED外延結構，包括藍寶石襯底、低溫GaN緩衝層、未摻雜GaN層、η型摻雜GaN層、超晶格層、多量子阱發光層、ρ型AlGaN層、ρ型GaN接觸層；其中，低溫GaN緩衝層生長於藍寶石襯底的上表面；未摻雜GaN層生長於低溫GaN緩衝層的上表面；η型摻雜GaN層生長於未摻雜GaN層的上表面；超晶格層生長於η型摻雜GaN層的上表面；多量子講發光層生長於超晶格層的上表面；ρ型AlGaN層生長於多量子講發光層的上表面；ρ型GaN接觸層生長於P型AlGaN層的上表面。
[0011]在本實施例中，如圖1所示，所述超晶格層包括AlGaN/GaN周期循環的η型超晶格層和InGaN/GaN周期循環的超晶格層；AlGaN/GaN周期循環的η型超晶格層生長於η型摻雜GaN層的上表面；InGaN/GaN周期循環的超晶格層生長於AlGaN/GaN周期循環的η型超晶格層的上表面；多量子阱發光層生長於InGaN/GaN周期循環的超晶格層的上表面。
[0012]所述AlGaN/GaN周期循環的η型超晶格層的周期為1-5 ;所述InGaN/GaN周期循環的超晶格層的周期為5-10。
[0013]所述AlGaN/GaN周期循環的η型超晶格層的厚度為2_10 μ m ;所述InGaN/GaN周期循環的超晶格層的厚度為130-150 μ m。
[0014]所述多量子阱發光層由InGaN勢阱層和GaN勢壘層周期性交替生長形成，且周期數為10-12個；所述多量子阱發光層的厚度為130-160nm。
[0015]一種氮化鎵基LED外延結構的製備方法(該方法用於製備本發明所述的一種氮化鎵基LED外延結構)，該方法是採用如下步驟實現的:
(1)選取藍寶石襯底；在H2氣氛下高溫吹掃藍寶石襯底；
(2)在藍寶石襯底的上表面生長低溫GaN緩衝層； (3)在低溫GaN緩衝層的上表面生長未摻雜GaN層；
(4)在未摻雜GaN層的上表面生長η型摻雜GaN層；
(5)在η型摻雜GaN層的上表面生長超晶格層；
(6)在超晶格層的上表面生長多量子阱發光層；
(7)在多量子阱發光層的上表面生長ρ型AlGaN層；
(8)在ρ型AlGaN層的上表面生長ρ型GaN接觸層。
[0016]具體實施時，本發明所述的一種氮化鎵基LED外延結構的製備方法是通過MOCVD設備實現的。
[0017]實施例二
一種氮化鎵基LED外延結構，包括藍寶石襯底、低溫GaN緩衝層、未摻雜GaN層、η型摻雜GaN層、超晶格層、多量子阱發光層、ρ型AlGaN層、ρ型GaN接觸層；其中，低溫GaN緩衝層生長於藍寶石襯底的上表面；未摻雜GaN層生長於低溫GaN緩衝層的上表面；η型摻雜GaN層生長於未摻雜GaN層的上表面；超晶格層生長於η型摻雜GaN層的上表面；多量子講發光層生長於超晶格層的上表面；ρ型AlGaN層生長於多量子講發光層的上表面；ρ型GaN接觸層生長於P型AlGaN層的上表面。
[0018]在本實施例中，如圖2所示,所述超晶格層包括AlGaN/InGaN周期循環的複合超晶格層；AlGaN/InGaN周期循環的複合超晶格層生長於η型摻雜GaN層的上表面；多量子阱發光層生長於AlGaN/InGaN周期循環的複合超晶格層的上表面。
[0019]所述多量子阱發光層由InGaN勢阱層和GaN勢壘層周期性交替生長形成，且周期數為10-12個；所述多量子阱發光層的厚度為130-160nm。
[0020]一種氮化鎵基LED外延結構的製備方法(該方法用於製備本發明所述的一種氮化鎵基LED外延結構)，該方法是採用如下步驟實現的:
(1)選取藍寶石襯底；在H2氣氛下高溫吹掃藍寶石襯底；
(2)在藍寶石襯底的上表面生長低溫GaN緩衝層；
(3)在低溫GaN緩衝層的上表面生長未摻雜GaN層；
(4)在未摻雜GaN層的上表面生長η型摻雜GaN層；
(5)在η型摻雜GaN層的上表面生長超晶格層；
(6)在超晶格層的上表面生長多量子阱發光層；
(7)在多量子阱發光層的上表面生長ρ型AlGaN層；
(8)在ρ型AlGaN層的上表面生長ρ型GaN接觸層。
[0021]具體實施時，本發明所述的一種氮化鎵基LED外延結構的製備方法是通過MOCVD設備實現的。
【權利要求】
1.一種氮化鎵基LED外延結構，其特徵在於:包括藍寶石襯底、低溫GaN緩衝層、未摻雜GaN層、η型慘雜GaN層、超晶格層、多星;子講發光層、ρ型AlGaN層、ρ型GaN接觸層；其中，低溫GaN緩衝層生長於藍寶石襯底的上表面；未摻雜GaN層生長於低溫GaN緩衝層的上表面；η型摻雜GaN層生長於未摻雜GaN層的上表面；超晶格層生長於η型摻雜GaN層的上表面；多量子講發光層生長於超晶格層的上表面；Ρ層生長於多量子講發光層的上表面；Ρ型GaN接觸層生長於ρ型AlGaN層的上表面。
2.根據權利要求1所述的一種氮化鎵基LED外延結構，其特徵在於:所述超晶格層包括AlGaN/GaN周期循環的η型超晶格層和InGaN/GaN周期循環的超晶格層；AlGaN/GaN周期循環的η型超晶格層生長於η型摻雜GaN層的上表面；InGaN/GaN周期循環的超晶格層生長於AlGaN/GaN周期循環的η型超晶格層的上表面；多量子阱發光層生長於InGaN/GaN周期循環的超晶格層的上表面。
3.根據權利要求1所述的一種氮化鎵基LED外延結構，其特徵在於:所述超晶格層包括AlGaN/InGaN周期循環的複合超晶格層；AlGaN/InGaN周期循環的複合超晶格層生長於η型摻雜GaN層的上表面；多量子阱發光層生長於AlGaN/InGaN周期循環的複合超晶格層的上表面。
4.根據權利要求2所述的一種氮化鎵基LED外延結構，其特徵在於:所述AlGaN/GaN周期循環的η型超晶格層的周期為1-5 ;所述InGaN/GaN周期循環的超晶格層的周期為5-10。
5.根據權利要求2或4所述的一種氮化鎵基LED外延結構，其特徵在於:所述AlGaN/GaN周期循環的η型超晶格層的厚度為2_10 μ m ;所述InGaN/GaN周期循環的超晶格層的厚度為 130-150 μ m。
6.根據權利要求1或2或3或4所述的一種氮化鎵基LED外延結構，其特徵在於:所述多量子阱發光層由InGaN勢阱層和GaN勢壘層周期性交替生長形成，且周期數為10-12個；所述多量子阱發光層的厚度為130-160nm。
7.根據權利要求5所述的一種氮化鎵基LED外延結構，其特徵在於:所述多量子阱發光層由InGaN勢阱層和GaN勢壘層周期性交替生長形成，且周期數為10-12個；所述多量子阱發光層的厚度為130-160nm。
8.一種氮化鎵基LED外延結構的製備方法,該方法用於製備如權利要求1所述的一種氮化鎵基LED外延結構，其特徵在於:該方法是採用如下步驟實現的: (1)選取藍寶石襯底；在H2氣氛下高溫吹掃藍寶石襯底； (2)在藍寶石襯底的上表面生長低溫GaN緩衝層； (3)在低溫GaN緩衝層的上表面生長未摻雜GaN層； (4)在未摻雜GaN層的上表面生長η型摻雜GaN層； (5)在η型摻雜GaN層的上表面生長超晶格層； (6)在超晶格層的上表面生長多量子阱發光層； (7)在多量子阱發光層的上表面生長ρ型AlGaN層； (8)在ρ型AlGaN層的上表面生長ρ型GaN接觸層。
【文檔編號】H01L33/06GK103500780SQ201310453881
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】梁建, 韓蕊蕊, 吳文質, 馬淑芳, 楊鑫, 田海軍, 許並社 申請人:山西飛虹微納米光電科技有限公司, 太原理工大學