一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的外延生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]GaN基發(fā)光二極管(LED)是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中的典型代表，GaN基LED可以發(fā)出藍(lán)光，與YAG黃光熒光粉一起封裝就能混合發(fā)出白光。照明產(chǎn)業(yè)離不開(kāi)白光源，而且LED又具有安全、高效、節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn)，是新一代的固體照明光源，所以最近十年的LED產(chǎn)業(yè)和相關(guān)技術(shù)發(fā)展很迅速，目前GaN基LED的產(chǎn)業(yè)和前沿技術(shù)的工作是熱點(diǎn)內(nèi)容。
[0004]外延結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和生長(zhǎng)是LED的前沿關(guān)鍵技術(shù)，特別是大功率大電流下的GaN基LED器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生長(zhǎng)技術(shù)。傳統(tǒng)的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，一般是在藍(lán)寶石襯底上依次生長(zhǎng)成核層、未摻雜GaN層、η型GaN層、多量子講發(fā)光、AlGaN阻檔層和ρ型GaN層。由于傳統(tǒng)的LED結(jié)構(gòu)只采用單一的AlGaN電子阻檔層，所以對(duì)電子的阻檔能力不足，造成電子泄露明顯，引起LED器件內(nèi)部電子空穴的有效輻射復(fù)合率低，從而致使LED內(nèi)量子效率和光輸出效率不高。
[0005]目前LED器件的ESD (Electrostatic discharge，靜電放電)防護(hù)的主要方法是通過(guò)提高LED外延結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，并在LED外延結(jié)構(gòu)中加入齊納二極管或增加電流擴(kuò)展層來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)CN101335313(公開(kāi)日2008年12月31日)公開(kāi)了一種LED結(jié)構(gòu)的η型氮化物層中間插入不摻雜的氮化物層、或者在η型氮化物層和發(fā)光層之間插入不摻雜的氮化物層，其所形成的新LED外延結(jié)構(gòu)就相當(dāng)于增加了一個(gè)電容，從而提高ESD的防護(hù)性能。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以提高LED的發(fā)光效率和增強(qiáng)ESD的防護(hù)能力。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，自下而上包括:GaN成核層、未摻雜GaN層、η型GaN層、多量子阱發(fā)光層、電子阻檔層和P型GaN層，所述電子阻檔層是由AlxGa1 ΧΝ層、多周期GaNAnyGa1 yN超晶格結(jié)構(gòu)層和AlzGa1 ZN層(簡(jiǎn)稱(chēng)為A-SL-A層)構(gòu)成；其中，0〈x<0.8, 0<y ^ 0.2, 0〈z 彡 0.5。
[0009]本發(fā)明的關(guān)鍵特點(diǎn)之一是在多量子阱發(fā)光層與ρ型GaN層之間插入了 A_SL_A結(jié)構(gòu)的電子阻檔層。所述電子阻檔層的結(jié)構(gòu)是AlxGa1…層生長(zhǎng)在LED外延結(jié)構(gòu)的發(fā)光層之上，接著生長(zhǎng)多周期的GaNAnyGa1 yN超晶格結(jié)構(gòu)層，最后生長(zhǎng)AlzGa1 ZN層。所述電子阻檔層的多周期GaNAnyGa1 yN超晶格結(jié)構(gòu)層，其周期數(shù)在2至15之間，而超晶格結(jié)構(gòu)中GaN和InyGa1 yN材料厚度都在Inm至6nm之間。所述電子阻檔層中的AlxGa1 XN層和AlzGa1 ZN層的最大厚度都不超過(guò)20nm。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)在多量子阱發(fā)光層與ρ型GaN層之間插入了 A-SL-A結(jié)構(gòu)的電子阻檔層，能夠有效把電子限制在發(fā)光層中，增強(qiáng)發(fā)光區(qū)電子與空穴的輻射復(fù)合的幾率，進(jìn)而提高LED的發(fā)光效率。另一方面，A-SL-A結(jié)構(gòu)的電子阻檔層加入到LED外延結(jié)構(gòu)中，就相當(dāng)于在LED結(jié)構(gòu)中增加了多個(gè)電容，能使LED有更好的抗ESD能力。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖2為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)中的電子阻檔層示意圖；
圖3為實(shí)例中新型GaN基LED外延結(jié)構(gòu)中實(shí)施例的工作電流與內(nèi)量子發(fā)光效率結(jié)果圖。
[0012]圖4為實(shí)例中新型GaN基LED外延結(jié)構(gòu)中實(shí)施例的工作電流與光輸出功率結(jié)果圖。
[0013]圖中:1為襯底；2為成核層；3為未摻雜GaN層；4為η型GaN層；5為多量子阱發(fā)光層；6為A-SL-A電子阻檔層；61為AlxGa1 ΧΝ層；62為GaN層；63為InyGa1 yN層；64為AlzGa1 ZN 層；7 為 ρ 型 GaN 層。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0015]該實(shí)施例中，GaN基LED外延結(jié)構(gòu)是在藍(lán)寶石(Al2O3)襯底上首先生長(zhǎng)一層厚度25nm的GaN材料成核層，然后在成核層表面上生長(zhǎng)厚度Ium未摻雜GaN層，接著依次生長(zhǎng)Si 摻雜 GaN 的 η 型 GaN 層(厚度為 2um,濃度為 5X 118 cm3)、6 周期 In0.15Ga0.85N/GaN 的多量子阱發(fā)光層(Inai5Gaas5N和GaN厚度分別為2.5nm和10nm)、電子阻檔層(作為實(shí)例，AlxGa1 XN的X為0.15，InyGa1 yN中的y為0.03，AlzGa1 ZN層中的z為0.15，各層厚度都為lnm，GaNAnyGa1 yN超晶格結(jié)構(gòu)的周期數(shù)為9)，和Mg摻雜GaN的ρ型GaN層(厚度0.3um,濃度為7 X 117Cm 3)。該外延結(jié)構(gòu)采用的是原子層外延生長(zhǎng)方法，可以是MOCVD或MBE等方法。
[0016]對(duì)該實(shí)施例的LED外延結(jié)構(gòu)進(jìn)行光電性能分析，得到的分析結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4所示。由圖3得知，本發(fā)明的新型GaN基LED外延結(jié)構(gòu)有更好的內(nèi)量子效率，特別在較大工作電流(200mA)下，仍保持較低的衰減(僅2.1%)，顯示本實(shí)施例采用的電子阻檔層能很好限制電子的泄露。而傳統(tǒng)GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的內(nèi)量子效率較低，在200A工作電流下，發(fā)光效率衰減較快，達(dá)到21.2%。由圖4得知，本實(shí)施例的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)有更高的光輸出功率(對(duì)LED切割成300umX300um尺寸芯片來(lái)進(jìn)行測(cè)試比較)。
[0017]此外，通過(guò)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗ESD性能測(cè)試，在人體抗靜電模式測(cè)試下(試驗(yàn)3次，每次間隔I秒)，當(dāng)反向電壓達(dá)到2500V時(shí)外延結(jié)構(gòu)的反向電流值仍為O。而傳統(tǒng)的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)在反向電壓達(dá)到1500V左右就會(huì)出現(xiàn)較大的反向電流值，即外延結(jié)構(gòu)已受到破壞，這樣的比較試驗(yàn)說(shuō)明本實(shí)施例的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)有更好的抗ESD能力。
[0018]以上實(shí)施例的厚度、工藝參數(shù)等均為示意，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違反本發(fā)明思想與精神的前提下所出的任何改變或修飾，均應(yīng)視作在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。例如作為更多的實(shí)例，在其他條件不變的情況下，使電子阻檔層中的AlxGa1 XN的X為0.8，InyGa1 yN中的y為0.2，AlzGa1 ZN層中的z為0.5，各層厚度都為lnm，GaNAnyGa1 yN超晶格結(jié)構(gòu)的周期數(shù)為3，通過(guò)同樣的測(cè)試方法，在前述限定的范圍內(nèi)都同樣能得出與上述實(shí)例相同的結(jié)論。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，包括在襯底上依次生長(zhǎng)的GaN成核層、未摻雜GaN層、η型GaN層、多量子阱發(fā)光層、電子阻檔層和P型GaN層，其特征在于:所述電子阻檔層是由AlxGa1 -層、多周期GaNAnyGa1 0超晶格結(jié)構(gòu)層和AlzGa1 ΖΝ層構(gòu)成；其中，0〈χ彡0.8，0<y ^ 0.2, 0<z ^ 0.5o2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電子阻檔層中的AlxGa1 XN層是生長(zhǎng)在LED外延結(jié)構(gòu)的發(fā)光層之上，接著生長(zhǎng)多周期的GaNAnyGa1 yN超晶格結(jié)構(gòu)層，然后再生長(zhǎng)AlzGa1 ZN層。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述多周期GaN/InyGa1 yN超晶格結(jié)構(gòu)層，其周期數(shù)為2至15，每個(gè)周期依次包括GaN層和InyGa1 yN材料層，每個(gè)GaN層和InyGa1 yN材料層的厚度均為Inm至6nm。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電子阻檔層中的AlxGa1 XN層和AlzGa1 ZN層的厚度都不超過(guò)20nm。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，涉及LED外延生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，自下而上包括：襯底、成核層、未摻雜GaN層、n型GaN層、發(fā)光層、電子阻檔層和p型GaN層，其特點(diǎn)是：所述電子阻檔層由AlxGa1-xN層、多周期GaN/InyGa1-yN超晶格結(jié)構(gòu)層和AlzGa1-zN層構(gòu)成；其中,0<x≤0.8,0<y≤0.2,0<z≤0.5。本發(fā)明可以有效阻檔電子泄漏，增加電子與空穴的輻射復(fù)合，提高LED的內(nèi)量子效率和光的輸出功率，還能增強(qiáng)LED的抗靜電能力。
【IPC分類(lèi)】H01L33/32, H01L33/06, H01L33/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105140367
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510639315
【發(fā)明人】鄭樹(shù)文, 韓振偉, 何苗, 李述體
【申請(qǐng)人】華南師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年9月29日