一種Si基GaN的LED結(jié)構(gòu)及其制作方法
【專利摘要】一種Si基GaN的LED結(jié)構(gòu)及其制作方法，該其結(jié)構(gòu)依次包括Si襯底、第一高溫AlN、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格、第二高溫AlN、GaN非摻雜層、P型接觸層、高溫P型GaN層、P型電子阻擋層、多量子阱層、N型GaN層；所述第一高溫AlN、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格、第二高溫AlN4組成的三明治結(jié)構(gòu)緩沖層。本發(fā)明中三明治緩沖層結(jié)構(gòu)以夾心層形成裂紋的形式來緩解結(jié)構(gòu)材料與Si襯底之間的晶格失配和熱失配，同時在襯底剝離之后，在P型GaN表面形成光線的漫反射區(qū)從而有效提高氮化鎵基發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
【專利說明】—種Si基GaN的LED結(jié)構(gòu)及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED (Light Emitting D1de,發(fā)光二極管)制造領(lǐng)域,更具體的說是涉及一種Si (硅)襯底氮化鎵GaN基LED結(jié)構(gòu)及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著進(jìn)入21世紀(jì)以來節(jié)能環(huán)保這一新興概念也在LED (Light Emitting D1de,發(fā)光二極管)行業(yè)開始升溫。而以GaN(氮化鎵)基LED為基礎(chǔ)器件的白光LED技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。以GaN藍(lán)光LED芯片作為激發(fā)源的白光LED單燈光源效率已達(dá)到130流明/瓦以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通節(jié)能燈的光效，LED技術(shù)已開始全面進(jìn)入通用照明市場。隨著GaN基LED應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，對LED器件發(fā)光效率的要求也越來越高，各種新的外延方法、新的芯片制作工藝、新的器件結(jié)構(gòu)不斷推陳出新，或者是提升現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的利用效率，以此來達(dá)到不斷提升GaN LED出光效率和出光特性的目的。
[0003]目前，在現(xiàn)有技術(shù)中，一種主要的提高出光效率的方法是在LED最表面制備一層毛化的表面以減小GaN材料與空氣界面的全反射。但是需要額外的工藝處理步驟。對于垂直結(jié)構(gòu)的LED，工藝步驟就更加繁瑣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種Si (硅)襯底GaN基LED結(jié)構(gòu)及其制作方法，利用Si襯底與GaN之間大的晶格失配和熱失配在緩沖層中所形成的裂紋，作為LED出光的漫反射區(qū)，以達(dá)到提高氮化鎵基發(fā)光二極管的發(fā)光效率的目的。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案，一種硅襯底氮化鎵基發(fā)光二極管LED結(jié)構(gòu)，其外延結(jié)構(gòu)依次包括Si襯底1、第一高溫A1N2、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格3、第二高溫A1N4、GaN非摻雜層5、P型接觸層6、高溫P型GaN層7、P型電子阻擋層8、多量子阱層9、N型GaN層10 ;所述第一高溫A1N2、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格3、第二高溫A1N4組成的三明治結(jié)構(gòu)緩沖層。
[0006]—種娃襯底氮化鎵基發(fā)光二極管LED結(jié)構(gòu)制備方法,其外延結(jié)構(gòu)生成順序包括Si襯底1、第一高溫A1N2、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格3、第二高溫AlN4、GaN非摻雜層
5、P型接觸層6、高溫P型GaN層7、P型電子阻擋層8、多量子阱層9、N型GaN層10 ;所述第一高溫A1N2、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格3、第二高溫A1N4組成的三明治結(jié)構(gòu)緩沖層。
[0007]第一高溫A1N2生長厚度為60-100nm，生長溫度為1050-1150 °C，生長壓力50-200torr。
[0008]三明治結(jié)構(gòu)中的上下兩層生長條件一致。三明治夾心層的漸變組分AlGaN的Al組分有I漸變至0，或者AlN/GaN超晶格參數(shù)為2nm/2nm，20-30個周期。夾心層總厚度在Ium以內(nèi)。
[0009]所述的GaN非摻雜層5厚度為1-1.2 μ m，生長溫度在1000-1200°C之間，壓力在100-600Torr 之間，V / III比為 100-3000。
[0010]所述的P型接觸層6厚度為5-20nm，生長溫度在850_1050°C之間，生長時間為Ι-lOmin，壓力在 100_500Torr 之間，V /III 比為 1000-20000。
[0011]所述的高溫P型GaN層7生長溫度在850_950°C之間，生長時間為5_30min，壓力在 100-500Torr 之間，V / III比為 300-5000。
[0012]所述的P型電子阻擋層8生長厚度為20-70nm的P型AlGaInN層，生長溫度在700-1100°C之間，壓力在 100-600Torr 之間，V /III比為 100-3000 ；
[0013]所述的多量子阱層9包括3-15個依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InxGal-xN(0<x<l)勢講層和GaN勢魚層依次生長而成,所述InxGal-xN勢講層的生長溫度在720-820°C之間，壓力在100-500Torr之間，V /III比為300-5000，厚度在2_5nm之間。
[0014]所述的N型GaN層10厚度為1.2-1.5 μ m，生長溫度在1000-1200°C之間，壓力在100-600Torr之間，V /III比為100-3000 ;三明治緩沖層結(jié)構(gòu)在最后需要應(yīng)力弛豫形成裂紋。
[0015]所述Si襯底I氮化鎵基發(fā)光二極管LED及生長方法以高純氫氣(H2)或氮氣(N2)作為載氣，以三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)和氨氣(NH3)分別作為Ga和N源，用硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
[0016]與已公開技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下優(yōu)點:本發(fā)明中三明治緩沖層結(jié)構(gòu)以夾心層形成裂紋的形式來緩解結(jié)構(gòu)材料與Si襯底之間的晶格失配和熱失配，同時在襯底剝離之后，在P型GaN表面形成光線的漫反射區(qū)從而有效提高氮化鎵基發(fā)光二極管的發(fā)光效率。PN-GaN結(jié)構(gòu)倒置生長，有利于轉(zhuǎn)移襯底倒裝之后P型GaN電極的處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的LED外延結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為倒裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1、Si襯底，2、高溫A1N，3、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格，4、第二高溫AlN，5、GaN非摻雜層，6、P型接觸層，7、高溫P型GaN層，8、P型電子阻擋層，9、多量子阱層，10、N 型 GaN 層，11、P 電極。

【具體實施方式】
[0020]如圖1-2所不,一種娃襯底氮化鎵基發(fā)光二極管LED結(jié)構(gòu),其外延結(jié)構(gòu)依次包括Si襯底1、第一高溫A1N2、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格3、第二高溫AlN4、GaN非摻雜層5、P型接觸層6、高溫P型GaN層7、P型電子阻擋層8、多量子阱層9、N型GaN層10 ;所述第一高溫A1N2、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格3、第二高溫A1N4組成的三明治結(jié)構(gòu)緩沖層；
[0021]—種娃襯底氮化鎵基發(fā)光二極管LED結(jié)構(gòu)制備方法,其外延結(jié)構(gòu)生成順序包括Si襯底1、第一高溫A1N2、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格3、第二高溫AlN4、GaN非摻雜層
5、P型接觸層6、高溫P型GaN層7、P型電子阻擋層8、多量子阱層9、N型GaN層10 ;所述第一高溫A1N2、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格3、第二高溫A1N4組成的三明治結(jié)構(gòu)緩沖層。
[0022]第一高溫A1N2生長厚度為60-100nm，生長溫度為1050-1150 °C，生長壓力50-200torr。
[0023]三明治結(jié)構(gòu)中的上下兩層生長條件一致。三明治夾心層的漸變組分AlGaN的Al組分有I漸變至0，或者AlN/GaN超晶格參數(shù)為2nm/2nm，20-30個周期。夾心層總厚度在Ium以內(nèi)。
[0024]所述的GaN非摻雜層5厚度為1-1.2 μ m，生長溫度在1000-1200°C之間，壓力在100-600Torr 之間，V /III比為 100-3000。
[0025]所述的P型接觸層6厚度為5-20nm，生長溫度在850_1050°C之間，生長時間為Ι-lOmin，壓力在 100_500Torr 之間，V /III 比為 1000-20000。
[0026]所述的高溫P型GaN層7生長溫度在850_950°C之間，生長時間為5_30min，壓力在 100-500Torr 之間，V / III比為 300-5000。
[0027]所述的P型電子阻擋層8生長厚度為20_70nm的P型AlGaInN層，生長溫度在700-1100°C之間，壓力在 100-600Torr 之間，V /III比為 100-3000 ；
[0028]所述的多量子阱層9包括3-15個依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InxGal-xN(0<x<l)勢講層和GaN勢魚層依次生長而成,所述InxGal-xN勢講層的生長溫度在720-820°C之間，壓力在100-500Torr之間，V / III比為300-5000，厚度在2_5nm之間。
[0029]所述的N型GaN層10厚度為1.2_1.5 μ m，生長溫度在1000-1200°C之間，壓力在100-600Torr之間，V /III比為100-3000 ;三明治緩沖層結(jié)構(gòu)在最后需要應(yīng)力弛豫形成裂紋。
[0030]所述Si襯底I氮化鎵基發(fā)光二極管LED及生長方法以高純氫氣(H2)或氮氣(N2)作為載氣，以三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)和氨氣(NH3)分別作為Ga和N源，用硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
[0031]倒置的生長結(jié)構(gòu)在倒裝結(jié)構(gòu)中有利于P電極11的處理。
[0032]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明的要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種Si基GaN的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于:該其結(jié)構(gòu)依次包括Si襯底(I)、第一高溫AlN(2)、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格(3)、第二高溫A1N(4)、GaN非摻雜層(5)、P型接觸層(6)、高溫P型GaN層(7)、P型電子阻擋層(8)、多量子阱層(9)、N型GaN層(10)；所述第一高溫A1N(2)、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格(3)、第二高溫A1N4組成的三明治結(jié)構(gòu)緩沖層。
2.—種Si基GaN的LED制作方法，其特征在于:其外延結(jié)構(gòu)生成順序包括Si襯底(I)、第一高溫A1N(2)、組分漸變AlGaN或AlN/GaN超晶格(3)、第二高溫A1N(4)、GaN非摻雜層(5)、P型接觸層(6)、高溫P型GaN層(7)、P型電子阻擋層⑶、多量子阱層(9)、N型GaN層(10)； 第一高溫A1N(2)生長厚度為60-100nm，生長溫度為1050-1150 °C，生長壓力50-200torr ； 三明治結(jié)構(gòu)中的上下兩層生長條件一致；三明治夾心層的漸變組分AlGaN的Al組分有I漸變至0，或者AlN/GaN超晶格參數(shù)為2nm/2nm，20-30個周期；夾心層總厚度在Ium以內(nèi)；所述的GaN非摻雜層(5)厚度為1-1.2μπι，生長溫度在1000-1200°C之間，壓力在100-600Torr 之間，V / III比為 100-3000 ； 所述的P型接觸層(6)厚度為5-20nm，生長溫度在850-1050°C之間，生長時間為Ι-lOmin，壓力在 100_500Torr 之間，V /III比為 1000-20000 ； 所述的高溫P型GaN層(7)生長溫度在850-950°C之間，生長時間為5-30min，壓力在100-500Torr 之間，V / III比為 300-5000 ； 所述的P型電子阻擋層⑶生長厚度為20-70nm的P型AlGaInN層，生長溫度在700-1100°C之間，壓力在 100-600Torr 之間，V /III比為 100-3000 ； 所述的多量子阱層(9)包括3-15個依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InxGal-xN(0<x<l)勢講層和GaN勢魚層依次生長而成,所述InxGal-xN勢講層的生長溫度在720-820°C之間，壓力在100-500Torr之間，V /III比為300-5000，厚度在2_5nm之間；所述的N型GaN層(10)厚度為1.2-1.5 μ m,生長溫度在1000-1200°C之間，壓力在100-600Torr之間，V /III比為100-3000 ;三明治緩沖層結(jié)構(gòu)在最后需要應(yīng)力弛豫形成裂紋。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種Si基GaN的LED制作方法，其特征在于:所述Si襯底(I)氮化鎵基發(fā)光二極管LED及生長方法以高純氫氣或氮氣作為載氣，以三甲基鎵、三乙基鎵和氨氣分別作為Ga和N源，用硅烷和二茂鎂分別作為N、P型摻雜劑。
【文檔編號】H01L33/06GK104300047SQ201410535513
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】王智勇, 張楊, 楊翠柏, 楊光輝 申請人:北京工業(yè)大學(xué)