GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域，特別是涉及一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于LED外延結(jié)構(gòu)與生長襯底之間存在較大的晶格常數(shù)及熱膨脹系數(shù)失配(如藍(lán)寶石生長襯底與GaN材料:16%失配)，使得外延結(jié)構(gòu)生長過程中產(chǎn)生很多缺陷。這些缺陷成為電子與空穴非福射性復(fù)合中心，降低內(nèi)量子效率，而內(nèi)量子效率對LED外延結(jié)構(gòu)的亮度起著決定性的影響。傳統(tǒng)上，在生長襯底上先生長一層30nm左右的低溫GaN或者A1N作為緩沖層來減少線缺陷密度，進(jìn)而外延生長GaN體材料和LED結(jié)構(gòu)；圖形生長襯底上生長的緩沖層對于后續(xù)生長的GaN晶體質(zhì)量以及LED器件性能起到了極大的改善作用。
[0003]然而，采用低溫GaN或A1N作為緩沖層雖然可以大幅度地減小線位錯密度，提高晶體質(zhì)量，但低溫GaN或A1N緩沖層的晶體質(zhì)量還有待進(jìn)一步提高，后續(xù)外延生長的結(jié)晶質(zhì)量不夠好，外延結(jié)構(gòu)需要達(dá)到一定的厚度，且外延生長速度較慢，進(jìn)而影響了產(chǎn)能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中由于低溫GaN或A1N作為緩沖層的晶體質(zhì)量不夠好而導(dǎo)致的后續(xù)外延結(jié)構(gòu)的結(jié)晶質(zhì)量不夠好，外延結(jié)構(gòu)需要達(dá)到一定的厚度，且外延生長速度較慢，進(jìn)而影響產(chǎn)能的問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法包括以下步驟:
[0006]提供生長襯底，利用原子層沉積技術(shù)在所述生長襯底上形成A1N緩沖層；
[0007]在所述A1N緩沖層上依次生長未摻雜的GaN層及N型GaN層；
[0008]在所述N型GaN層上生長InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)；
[0009]在所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)上生長InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)；
[0010]在所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)上生長P型電子阻擋層；
[0011 ] 在所述P型電子阻擋層上生長P型GaN層。
[0012]作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述生長襯底為藍(lán)寶石襯底、GaN襯底、硅襯底或碳化硅襯底。
[0013]作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述A1N緩沖層的厚度為lnm?30nmo
[0014]作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述未摻雜的GaN層及N型GaN層的生長溫度為1000°C?1200°C，總生長厚度為1.5 μ m?4.5 μ m ;所述N型GaN層內(nèi)的摻雜元素為Si，Si的摻雜濃度為lel8cm3?3el9cm 3。
[0015]作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)的生長溫度為700°C?900°C;所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)的周期對數(shù)為3?30 ；InGaN勢阱中In組分的摩爾含量為1%?5%;InGaN勢阱的厚度為lnm?4nm，GaN勢皇的厚度為lnm?9nm。
[0016]作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)的生長溫度為700°C?900°C;所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)的周期對數(shù)為5?18 ;InGaN勢阱中In組分的摩爾含量為15%?20%;InGaN勢阱的厚度為2nm?4nm，GaN勢皇的厚度為3nm?15nm。
[0017]作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述P型電子阻擋層包括P型AlGaN、P型AlInGaN或P型AlGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)；所述P型電子阻擋層的厚度為30nm?80nm ;所述P型電子阻擋層中的摻雜元素為Mg，Mg的摻雜濃度為5el8cm 3?
3.5el9cm 30
[0018]作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述P型GaN層的厚度為30nm?150nm ;所述P型GaN層中的摻雜元素為Mg，Mg的摻雜濃度為5el8cm 3?le20cm3。
[0019]本發(fā)明還提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，所述GaN基LED外延結(jié)構(gòu)由下至上依次包括:A1N緩沖層、未摻雜的GaN層、N型GaN層、InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)、InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)、P型電子阻擋層及P型GaN層。
[0020]如上所述，本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，具有以下有益效果:利用原子層沉積技術(shù)形成的A1N緩沖層替代傳統(tǒng)的低溫GaN或A1N緩沖層，原子層沉積技術(shù)形成的A1N緩沖層具有良好的晶體質(zhì)量，使得后續(xù)外延生長具有良好的結(jié)晶質(zhì)量，從而外延結(jié)構(gòu)的厚度可以減薄，生長速度也可以加快，進(jìn)而提高了產(chǎn)能。
【附圖說明】
[0021]圖1顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的流程圖。
[0022]圖2顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中S1步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中S2步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中S3步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中S4步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖6顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中S5步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖7顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中S6步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]元件標(biāo)號說明
[0029]1 生長生長襯底
[0030]2 A1N 緩沖層
[0031]3 未摻雜的GaN層
[0032]4 N 型 GaN 層
[0033]5 InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)
[0034]6 InGaN/GaN多量子講發(fā)光層結(jié)構(gòu)
[0035]7 P型電子阻擋層
[0036]8 P 型 GaN 層
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0038]請參閱圖1至圖7需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0039]請參閱圖1，本發(fā)明提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法包括一下步驟:
[0040]S1:提供生長襯底，利用原子層沉積(Atomic layer deposit1n，ALD)技術(shù)在所述生長襯底上形成A1N緩沖層；
[0041]S2:在所述A1N緩沖層上依次生長未摻雜的GaN層及N型GaN層；
[0042]S3:在所述N型GaN層上生長InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)；
[0043]S4:在所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)上生長InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)；
[0044]S5:在所述InGaN/GaN多量子講發(fā)光層結(jié)構(gòu)上生長P型電子阻擋層；
[0045]S6:在所述P型電子阻擋層上生長P型GaN層。
[0046]在步驟S1中，請參閱圖1中的S1步驟及圖2，提供生長襯底1，利用原子層沉積技術(shù)在所述生長襯底1上形成A1N緩沖層2。
[0047]作為示例，所述生長襯底1可以為但不僅限于適合GaN及其半導(dǎo)體外延材料生長的藍(lán)寶石襯底、GaN襯底、硅襯底或碳化硅襯底。
[0048]作為示例，所述A1N緩沖層2的厚度為lnm?30nm。
[0049]利用原子層沉積技術(shù)形成的所述A1N緩沖層2替代傳統(tǒng)的低溫GaN或A1N緩沖層，原子層沉積技術(shù)形成的所述A1N緩沖層2具有良好的晶體質(zhì)量，使得后續(xù)外延生長具有良好的結(jié)晶質(zhì)量，從而后續(xù)生長的外延結(jié)構(gòu)(譬如N型GaN層)的厚度可以減薄，生長速度也可以加快，進(jìn)而提尚了廣能。
[0050]在步驟S2中，請參閱圖1中的S2步驟及圖3，在所述A1N緩沖層2上依次生長未摻雜的GaN層3及N型GaN層4。
[0051 ] 作為示例，所述未摻雜的GaN層3及N型GaN層4的生長溫度為1000°C?1200°C，總生長厚度為1.5μm?4.5μm;所述N型GaN層4內(nèi)的摻雜元素為Si，Si的摻雜濃度為lel8cm 3?3el9cm 30
[0052]在步驟S3中，請參閱圖1中的S3步驟及圖4，在所述N型GaN層4上生長InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)5。
[0053]作為示例，所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)5由InGaN勢阱與GaN勢皇交替組成，一個所述InGaN勢講與一個所述GaN勢皇構(gòu)成一個周期對，在同一周期對內(nèi)，所述GaN勢皇位于所述InGaN勢阱之上；優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述In