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]GaN基LED應(yīng)用范圍越來越廣，對LED外延工藝在生產(chǎn)制備過程要求也越來越高，其中外延結(jié)構(gòu)單片波長均勻性就是一個很重要的方面。外延結(jié)構(gòu)的波長均勻性和其生長多量子阱時外延結(jié)構(gòu)的表面溫度均勻性息息相關(guān)，而外延結(jié)構(gòu)表面溫度又和載盤的接觸程度有關(guān)，由于外延層GaN和生長襯底藍寶石晶格常數(shù)及熱膨脹系數(shù)的不同導(dǎo)致外延結(jié)構(gòu)在生長過程中會存在不同程度的翹曲，如果載盤和生長多量子阱時的外延結(jié)構(gòu)翹曲匹配的不好對波長均勻性有非常大的影響。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，一種方法為GaN基LED外延主要通過調(diào)整緩沖層的厚度及Al組分來改變應(yīng)力使得生長多量子阱時外延結(jié)構(gòu)和載盤有較好的匹配，另外一種方法為通過載盤的設(shè)計使得其和生長多量子阱時的外延結(jié)構(gòu)有較好的匹配，以上兩種方法都可以很好的改善外延結(jié)構(gòu)波長均勻性的問題，但是隨著PSS生長襯底(圖形化藍寶石生長襯底)向大底寬和高深度的趨勢發(fā)展，外延結(jié)構(gòu)的翹曲越來越大，通過緩沖層的調(diào)整效果越來越有限；另外載盤的設(shè)計一般需要時間較久，同時載盤廠家的工藝水平也有一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]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PSS生長襯底向大底寬和高深度的趨勢發(fā)現(xiàn)，外延結(jié)構(gòu)的翹曲越來越大，通過緩沖層調(diào)整多量子阱與載盤匹配的效果越來越有限，且載盤的設(shè)計耗時較久，且工藝水平也有一定限制的問題。
[0005]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，所述制備方法至少包括以下步驟:
[0006]提供生長襯底，在所述生長襯底上生長成核層；
[0007]于線性漸變的生長壓力條件下或線性漸變與保壓相結(jié)合的生長壓力條件下在所述成核層上生長未摻雜的GaN層；
[0008]在所述未摻雜的GaN層上生長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)；
[0011]在所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)上依次生長AlGaN層、低溫P型層及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，所述成核層的生長溫度為450°C?650°C ;所述成核層的厚度為15nm?50nmo
[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，生長所述未摻雜的GaN層的過程中，生長壓力由第一壓力向第二壓力線性漸變。
[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，生長所述未摻雜的GaN層的過程中包括第一保壓過程，所述第一保壓過程用于保持所述第一壓力、所述第二壓力或位于所述第一壓力及所述第二壓力之間的第三壓力。
[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，生長所述未摻雜的GaN層的過程中還包括第二保壓過程，所述第二保壓過程用于保持第一壓力、所述第二壓力或所述第三壓力，且所述第二保壓過程與所述第一保壓過程保持不同的壓力。
[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，生長所述未摻雜的GaN層的過程中還包括第三保壓過程，所述第三保壓過程用于保持所述第一壓力、所述第二壓力或所述第三壓力，且所述第三保壓過程與所述第一保壓過程及所述第二保壓過程分別保持不同的壓力。
[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，所述第一壓力及所述第二壓力位于50torr?650torr的壓力范圍之內(nèi)；所述第一壓力大于所述第二壓力，且所述第一壓力與所述第二壓力的壓力差為50torr?600torr。
[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，所述第一壓力及所述第二壓力位于50torr?650torr的壓力范圍之內(nèi)；所述第一壓力小于所述第二壓力，且所述第一壓力與所述第二壓力的壓力差為50torr?600torr。
[0021 ] 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層的生長溫度為900°C?1200°C，所述未摻雜的GaN層的厚度為1.5 μπι?4.5 μπι。
[0022]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N型GaN層的生長溫度為1000°C?1200°C，所述N型GaN層的厚度為1.5μπι?4.5μπι;所述N型GaN層內(nèi)的摻雜元素為Si，Si的摻雜濃度為lel8cm 3?3el9cm 3。
[0023]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Inm?4nm，GaN勢皇的厚度為Inm?9nm。
[0024]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。
[0025]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AlGaN層中Al組分的摩爾含量為2 %?20 %，所述AlGaN層的厚度范圍為20nm?35nm ;所述P型電子阻擋層為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范圍為30nm?80nm，所述P型電子阻擋層中的摻雜元素為Mg，Mg的摻雜濃度范圍為5el8cm3?3.5el9cm 30
[0026]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?Ie20cm3。
[0027]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:成核層、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)、AlGaN層、低溫P型層、P型電子阻擋層及P型GaN層。
[0028]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:在生長未摻雜的GaN層的過程中，通過調(diào)整生長壓力條件可以改變生長過程中外延結(jié)構(gòu)的翹曲度，該方法調(diào)整翹曲度的幅度較大，便于找到合適的翹曲度使外延結(jié)構(gòu)在生長多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)時和載盤能很好的匹配，有效地改善單片外延結(jié)構(gòu)的波長均勻性。
【附圖說明】
[0029]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。
[0030]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。
[0031]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。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]圖6顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)