本發(fā)明涉及發(fā)光二極管外延技術(shù)領(lǐng)域，特別是帶復(fù)合緩沖層的LED外延結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

由于缺乏晶格常數(shù)匹配、熱脹系數(shù)接近的熱穩(wěn)定的襯底材料，要生長(zhǎng)平坦、沒(méi)有裂紋、低位錯(cuò)密度的高質(zhì)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(guān)鍵。GaN與藍(lán)寶石晶格失配、熱失配很大，若直接在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)高溫GaN，則GaN的生長(zhǎng)是典型的三維生長(zhǎng)機(jī)制。經(jīng)歷了孤立成島，島長(zhǎng)大，三維生長(zhǎng)和形成不平整面的過(guò)程，會(huì)出現(xiàn)具有凹凸不平的六角錐狀生長(zhǎng)圖形，表面粗糙并且晶體質(zhì)量差，不能得到平整光潔的高質(zhì)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(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)出表面平整的高質(zhì)量的GaN材料，提高GaN外延層結(jié)晶質(zhì)量和光電特性，發(fā)現(xiàn)先在藍(lán)寶石襯底上以較低溫度生長(zhǎng)一個(gè)緩沖層可緩解因晶格失配引起的應(yīng)力，使緩沖層里的位錯(cuò)和缺陷密度大大的減少，如圖1所示。由于緩沖層低溫生長(zhǎng)的無(wú)定型性質(zhì)，釋放了GaN和襯底之間的晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力以及由于熱膨脹系數(shù)失配所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，之后又在低溫緩沖層基礎(chǔ)上進(jìn)行高溫氫化、氮化，使襯底得到一個(gè)良好的表面。

現(xiàn)有技術(shù)中，使用MOCVD在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)工藝流程是：先在600℃以下的低溫沉積一層很薄的GaN或AlN作為緩沖層(buffer)，然后再采用1000℃以上的高溫在緩沖層上生長(zhǎng)GaN；此生長(zhǎng)可以一定程度地降低外延層中位錯(cuò)密度，但是平均位錯(cuò)密度仍然高達(dá) 10^8－-10¹⁰/cm²，直接影響了晶體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種帶復(fù)合緩沖層的LED外延結(jié)構(gòu)。它通過(guò)在高溫GaN外延層中插入低溫緩沖層或者中溫緩沖層，來(lái)實(shí)現(xiàn)降低位錯(cuò)密度，以提高晶體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn)：

一種帶復(fù)合緩沖層的LED外延結(jié)構(gòu)，它從下到上依次包括藍(lán)寶石襯底層、緩沖層、u型GaN層、n型GaN層、量子阱發(fā)光層、電子阻擋層和p型GaN層。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述緩沖層為復(fù)合緩沖層。緩沖層包括從下到上依次生長(zhǎng)的低溫緩沖層、高溫GaN層以及低溫緩沖插入層或者中溫緩沖插入層。

在上述LED外延結(jié)構(gòu)中，所述低溫緩沖插入層的生長(zhǎng)溫度為500-600℃，生長(zhǎng)壓力為500-600Torr，生長(zhǎng)時(shí)間為145-195s，無(wú)摻雜。

在上述LED外延結(jié)構(gòu)中，所述中溫緩沖插入層的生長(zhǎng)溫度為700-900℃，生長(zhǎng)壓力為500-600Torr，生長(zhǎng)時(shí)間為145-195s，無(wú)摻雜。

本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)，在高溫GaN外延層和U型GaN層之間插入低溫緩沖插入層或者中溫緩沖插入層，有利于降低位錯(cuò)密度、提高了晶體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中LED外延結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中一種LED外延結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中另一種LED外延結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參看圖2和圖3，本發(fā)明帶復(fù)合緩沖層的LED外延結(jié)構(gòu)從下到上依次包括藍(lán)寶石襯底層1、緩沖層2、u型GaN層3、n型GaN層4、量子阱發(fā)光層5、電子阻擋層6和p型GaN層7。緩沖層2為復(fù)合緩沖層，緩沖層2包括從下到上依次生長(zhǎng)的低溫緩沖層21、高溫GaN層22以及低溫緩沖插入層231或者中溫緩沖插入層232。低溫緩沖插入層231的生長(zhǎng)溫度為500-600℃，生長(zhǎng)壓力為500-600Torr，生長(zhǎng)時(shí)間為145-195s，無(wú)摻雜。中溫緩沖插入層232的生長(zhǎng)溫度為700-900℃，生長(zhǎng)壓力為500-600Torr，生長(zhǎng)時(shí)間為145-195s，無(wú)摻雜。

本發(fā)明中緩沖層2的具體生長(zhǎng)可以采用以下幾種實(shí)施方式：

實(shí)施例一

生長(zhǎng)低溫緩沖層21，溫度為550℃，生長(zhǎng)壓力550Torr，生長(zhǎng)145s；再升溫至1035℃生長(zhǎng)2200s 高溫GaN層22，然后降溫生長(zhǎng)145s低溫緩沖插入層231，溫度為500℃，生長(zhǎng)壓力500Torr。

實(shí)施例二

生長(zhǎng)低溫緩沖層21，溫度為550℃，生長(zhǎng)壓力550Torr，生長(zhǎng)145s；再升溫至1035℃生長(zhǎng)2200s高溫GaN層22；然后降溫生長(zhǎng)175s低溫緩沖插入層231，溫度為550℃，生長(zhǎng)壓力550Torr。

實(shí)施例三

生長(zhǎng)低溫緩沖層21，溫度為550℃，生長(zhǎng)壓力550Torr，生長(zhǎng)145s；再升溫至1035℃生長(zhǎng)2200s 高溫GaN層22；然后降溫生長(zhǎng)195s低溫緩沖插入層231，溫度為600℃，生長(zhǎng)壓力600Torr。

實(shí)施例四

生長(zhǎng)低溫緩沖層21，溫度為550℃，生長(zhǎng)壓力550Torr，生長(zhǎng)145s；再升溫至1035℃生長(zhǎng)2200s 高溫GaN層22；然后降溫生長(zhǎng)145s中溫緩沖插入層232，溫度為700℃，生長(zhǎng)壓力500Torr。

實(shí)施例五

生長(zhǎng)低溫緩沖層21，溫度為550℃，生長(zhǎng)壓力550Torr，生長(zhǎng)145s；再升溫至1035℃生長(zhǎng)2200s 高溫GaN層22；然后降溫生長(zhǎng)170s中溫緩沖插入層232，溫度為800℃，生長(zhǎng)壓力550Torr。

實(shí)施例六

生長(zhǎng)低溫緩沖層21，溫度為550℃，生長(zhǎng)壓力550Torr，生長(zhǎng)145s；再升溫至1035℃生長(zhǎng)2200s 高溫GaN層22；然后降溫生長(zhǎng)195s中溫緩沖插入層232，溫度為900℃，生長(zhǎng)壓力600Torr。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不限于本發(fā)明的其它實(shí)施方式，凡屬本發(fā)明的技術(shù)路線原則之內(nèi)，所做的任何顯而易見的修改、替換或改進(jìn)，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。