一種帶複合緩衝層的LED外延結構的製作方法

2023-05-10 03:00:16 1

本發明涉及發光二極體外延技術領域，特別是帶複合緩衝層的LED外延結構。

背景技術：

由於缺乏晶格常數匹配、熱脹係數接近的熱穩定的襯底材料，要生長平坦、沒有裂紋、低位錯密度的高質量GaN外延層非常困難。而降低缺陷密度是提高GaN基材料性能和壽命的關鍵。GaN與藍寶石晶格失配、熱失配很大，若直接在藍寶石襯底上生長高溫GaN，則GaN的生長是典型的三維生長機制。經歷了孤立成島，島長大，三維生長和形成不平整面的過程，會出現具有凹凸不平的六角錐狀生長圖形，表面粗糙並且晶體質量差，不能得到平整光潔的高質量薄膜，完整性不好，缺陷密度大，造成GaN膜中背景載流子濃度高。為了在藍寶石襯底上生長出表面平整的高質量的GaN材料，提高GaN外延層結晶質量和光電特性，發現先在藍寶石襯底上以較低溫度生長一個緩衝層可緩解因晶格失配引起的應力，使緩衝層裡的位錯和缺陷密度大大的減少，如圖1所示。由於緩衝層低溫生長的無定型性質，釋放了GaN和襯底之間的晶格失配產生的應力以及由於熱膨脹係數失配所產生的熱應力，之後又在低溫緩衝層基礎上進行高溫氫化、氮化，使襯底得到一個良好的表面。

現有技術中，使用MOCVD在藍寶石襯底上生長工藝流程是：先在600℃以下的低溫沉積一層很薄的GaN或AlN作為緩衝層(buffer)，然後再採用1000℃以上的高溫在緩衝層上生長GaN；此生長可以一定程度地降低外延層中位錯密度，但是平均位錯密度仍然高達 108－-1010/cm2，直接影響了晶體結構質量。

技術實現要素：

針對上述現有技術中存在的不足，本發明提供一種帶複合緩衝層的LED外延結構。它通過在高溫GaN外延層中插入低溫緩衝層或者中溫緩衝層，來實現降低位錯密度，以提高晶體結構質量。

為了達到上述發明目的，本發明的技術方案以如下方式實現：

一種帶複合緩衝層的LED外延結構，它從下到上依次包括藍寶石襯底層、緩衝層、u型GaN層、n型GaN層、量子阱發光層、電子阻擋層和p型GaN層。其結構特點是，所述緩衝層為複合緩衝層。緩衝層包括從下到上依次生長的低溫緩衝層、高溫GaN層以及低溫緩衝插入層或者中溫緩衝插入層。

在上述LED外延結構中，所述低溫緩衝插入層的生長溫度為500-600℃，生長壓力為500-600Torr，生長時間為145-195s，無摻雜。

在上述LED外延結構中，所述中溫緩衝插入層的生長溫度為700-900℃，生長壓力為500-600Torr，生長時間為145-195s，無摻雜。

本發明由於採用了上述結構，在高溫GaN外延層和U型GaN層之間插入低溫緩衝插入層或者中溫緩衝插入層，有利於降低位錯密度、提高了晶體結構質量。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。

附圖說明

圖1是現有技術中LED外延結構示意圖；

圖2是本發明實施例中一種LED外延結構示意圖；

圖3是本發明實施例中另一種LED外延結構示意圖。

具體實施方式

參看圖2和圖3，本發明帶複合緩衝層的LED外延結構從下到上依次包括藍寶石襯底層1、緩衝層2、u型GaN層3、n型GaN層4、量子阱發光層5、電子阻擋層6和p型GaN層7。緩衝層2為複合緩衝層，緩衝層2包括從下到上依次生長的低溫緩衝層21、高溫GaN層22以及低溫緩衝插入層231或者中溫緩衝插入層232。低溫緩衝插入層231的生長溫度為500-600℃，生長壓力為500-600Torr，生長時間為145-195s，無摻雜。中溫緩衝插入層232的生長溫度為700-900℃，生長壓力為500-600Torr，生長時間為145-195s，無摻雜。

本發明中緩衝層2的具體生長可以採用以下幾種實施方式：

實施例一

生長低溫緩衝層21，溫度為550℃，生長壓力550Torr，生長145s；再升溫至1035℃生長2200s 高溫GaN層22，然後降溫生長145s低溫緩衝插入層231，溫度為500℃，生長壓力500Torr。

實施例二

生長低溫緩衝層21，溫度為550℃，生長壓力550Torr，生長145s；再升溫至1035℃生長2200s高溫GaN層22；然後降溫生長175s低溫緩衝插入層231，溫度為550℃，生長壓力550Torr。

實施例三

生長低溫緩衝層21，溫度為550℃，生長壓力550Torr，生長145s；再升溫至1035℃生長2200s 高溫GaN層22；然後降溫生長195s低溫緩衝插入層231，溫度為600℃，生長壓力600Torr。

實施例四

生長低溫緩衝層21，溫度為550℃，生長壓力550Torr，生長145s；再升溫至1035℃生長2200s 高溫GaN層22；然後降溫生長145s中溫緩衝插入層232，溫度為700℃，生長壓力500Torr。

實施例五

生長低溫緩衝層21，溫度為550℃，生長壓力550Torr，生長145s；再升溫至1035℃生長2200s 高溫GaN層22；然後降溫生長170s中溫緩衝插入層232，溫度為800℃，生長壓力550Torr。

實施例六

生長低溫緩衝層21，溫度為550℃，生長壓力550Torr，生長145s；再升溫至1035℃生長2200s 高溫GaN層22；然後降溫生長195s中溫緩衝插入層232，溫度為900℃，生長壓力600Torr。

以上所述，僅為本發明的具體實施例，並不限於本發明的其它實施方式，凡屬本發明的技術路線原則之內，所做的任何顯而易見的修改、替換或改進，均應屬於本發明的保護範圍之內。