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]發(fā)光二極管(LED，Light Emitting D1de)由于具有壽命長、耗能低等優(yōu)點，已被廣泛應用于各個領(lǐng)域，尤其隨著其照明性能指標日益大幅提高，LED在照明領(lǐng)域常用作發(fā)光裝置。其中，以氮化鎵(GaN)為代表的II1-V族化合物半導體，尤其是InGaN/GaN(氮化鎵銦/氮化鎵)基LED由于具有帶隙寬、發(fā)光效率高、電子飽和漂移速度高、化學性質(zhì)穩(wěn)定等特點，在高亮度藍光發(fā)光二極管、藍光激光器等光電子器件領(lǐng)域有著巨大的應用潛力，引起了人們的廣泛關(guān)注。
[0003]由于InGaN材料本身在高溫下容易分解，因而InGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)通常使用較低的溫度來生長，通常量子阱結(jié)構(gòu)中InGaN勢阱的生長溫度在750°C左右，同時GaN勢皇的溫度也不能太高，溫度太高就會破壞已經(jīng)形成的勢阱。然而，在較低的溫度下很難形成晶體質(zhì)量較好的GaN材料，從而導致InGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生缺陷，增加了非輻射性復合效率。為了保護InGaN勢阱，在勢阱生長結(jié)束后，會先生長一層薄的低溫GaN保護層，然后再生長GaN勢皇層；即使這樣，GaN勢皇的溫度也不能過高，通常它與InGaN勢阱的溫度差保持在110°C左右，即GaN勢皇的溫度在860°C左右；但在860°C左右的溫度條件下，GaN勢皇的質(zhì)量仍然不能達到最佳。
[0004]而H2在一定程度上可以改善晶體的結(jié)晶質(zhì)量，例如，在InGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)生長過程中通比可以提高GaN的晶體質(zhì)量，但過量的H 2通入同時會使InGaN勢阱遭到腐蝕。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，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InGaN材料在高溫下容易分解，而導致的后續(xù)生長GaN的溫度達不到所需的溫度，生長的GaN材料晶體質(zhì)量較差，進而使得InGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生缺陷，增加了非輻射性復合效率的問題。
[0006]為實現(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:
[0007]提供生長襯底，在所述生長襯底上生長緩沖層；
[0008]在所述緩沖層上依次生長未摻雜的GaN層及N型GaN層；
[0009]在所述N型GaN層上生長InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)；
[0010]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)；生長所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)的同時向生長環(huán)境中通入H2，其中，生長InGaN勢阱的過程中通入的H2的流量遠小于生長GaN勢皇過程中通入的H 2的流量；
[0011]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；
[0012]在所述P型電子阻擋層上生長P型GaN層。
[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，所述生長襯底為藍寶石襯底、GaN襯底、硅襯底或碳化硅襯底。
[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，所述緩沖層為GaN緩沖層、AlN緩沖層或AlGaN緩沖層；所述緩沖層的厚度為1nm?50nm。
[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。
[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組分的摩爾組分為1%?5%;InGaN勢阱的厚度為Inm?4nm，GaN勢皇的厚度為Inm?9nm。
[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，生長所述InGaN勢講的過程中通入的比的流量為5sccm?50sccm ;生長所述GaN勢皇過程中通入的!12的流量為5slm?50slm。
[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組分的摩爾組分為15%?20%;InGaN勢阱的厚度為2nm?4nm，GaN勢皇的厚度為3nm?15nm。
[0019]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型電子阻擋層為P型AlGaN層、P型AlInGaN層或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
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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:在生長InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)的同時向生長環(huán)境中通入H2，可以改善生長晶體的結(jié)晶質(zhì)量；且生長InGaN勢阱的過程中通入的H2的流量遠小于生長GaN勢皇過程中通入的H 2的流量，即能達到改善InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)的晶體質(zhì)量的效果，又不會對InGaN材料造成腐蝕破壞，降低了 InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)中的晶體缺陷，從而降低了InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)中有源區(qū)電子與空穴的非輻射性復合效率，提升了 InGaN/GaN多量子講發(fā)光層結(jié)構(gòu)的內(nèi)量子效率。
【附圖說明】
[0023]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。
[0024]圖2顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中SI步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]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。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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。
[0030]元件標號說明
[0031]I生長襯底
[0032]2緩沖層
[0033]3未摻雜的GaN層
[0034]4N 型 GaN 層
[0035]5InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)
[0036]6InGaN/GaN多量子講發(fā)光層結(jié)構(gòu)
[0037]7P型電子阻擋層
[0038]8P 型 GaN 層
【具體實施方式】
[0039]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，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)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0040]請參閱圖1至圖7需要說明的是，本實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)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(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)也可能更為復雜。
[0041]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:
[0042]S1:提供生長襯底，在所述生長襯底上生長緩沖層；
[0043]S2:在所述緩沖層上依次生長未摻雜的GaN層及N型GaN層；
[0044]S3:在所述N型GaN層上生長InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)；
[0045]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)；生長所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)的同時向生長環(huán)境中通入H2，其中，生長InGaN勢阱的過程中通入的H2的流量遠小于生長GaN勢皇過程中通入的H 2的流量；
[0046]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；
[0047]S6:在所述P型電子阻擋層上生長P型GaN層。
[0048]在步驟SI中，請參閱圖1中的SI步驟及圖2，提供生長襯底1，在所述生長襯底I上生長緩沖層2。
[0049]作為示例，所述生長襯底I可以為但不僅限于適合GaN及其半導體外延材料生長的藍寶石襯底、GaN襯底、硅襯底或碳化硅襯底。
[0050]作為示例，所述緩沖層2可以為GaN緩沖層、AlN緩沖層或AlGaN緩沖層；所述緩沖層2的厚度為1nm?50nmo
[0051]在步驟S2中，請參閱圖1中的S2步驟及圖3，在所述緩沖層2上依次生長未摻雜的GaN層3及N型GaN層4。
[0052]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
[0053]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。
[0054]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，本實施例中，所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)5包括3?30個所述周期對。
[0055]作為示例，所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)5的生長溫度為700°C?900°C ;所述InGaN勢講的厚度為Inm?4nm，所述GaN勢皇的厚度為Inm?9nm ;所述InGaN勢講中In組分的摩爾組分為1%?5%。
[0056]在步驟S4中，請參閱圖1中的S4步驟及圖5，在所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)5上生長InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)6 ;生長所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)6的同時向生長環(huán)境中通入H2，其中，生長InGaN勢阱的過程中通入的H2