一種具有抑制極化效應(yīng)壘層藍(lán)光led外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，特別是具有抑制極化效應(yīng)壘層藍(lán)光LED的外延結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著藍(lán)光GaN基LED應(yīng)用越來越廣泛，人們對(duì)藍(lán)光GaN基LED的亮度更加關(guān)注，近幾年LED研究學(xué)者通過調(diào)整圖形化襯底規(guī)格、提高注入電流擴(kuò)展、抑制極化效應(yīng)、改善晶體質(zhì)量、提高空穴摻雜濃度等來獲得高亮度的外延片。
[0003]由于傳統(tǒng)藍(lán)光GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)方法中藍(lán)寶石襯底與GaN材料存在晶格失配，產(chǎn)生自發(fā)極化和壓電極化導(dǎo)致量子阱中的電子和空穴的波函數(shù)產(chǎn)生空間分離，從而降低電子空穴的復(fù)合幾率。而且導(dǎo)致能帶產(chǎn)生了嚴(yán)重的彎曲，能帶彎曲降低量子阱對(duì)載流子的限制能力，從而產(chǎn)生較大的漏電流。
[0004]傳統(tǒng)的藍(lán)光GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)方法參看圖1，從下到上依次為:圖形化襯底1、A1N緩沖層2、U型GaN層3、N型GaN層4、淺量子阱層5、有源層6、P型AlxGa1 XN電子阻擋層7、P型GaN層8。為了克服以上缺點(diǎn)，很多研究學(xué)者研發(fā)出很多結(jié)構(gòu)以降低極化。例如:InGaN、AlInNjlxGa1 XN或者AlGaInN作為量子壘層，以及調(diào)整量子阱中阱和壘層厚度、量子阱數(shù)量、量子阱壘層摻雜等。限制載流子的溢流，提高空穴均勻分布的能力，即提高波函數(shù)的復(fù)合幾率，但效果有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種具有釋放應(yīng)力，抑制極化效應(yīng)壘層LED外延結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)方法。通過在現(xiàn)有外延結(jié)構(gòu)中插入一種新型壘層，釋放應(yīng)力、抑制極化、降低缺陷密度從而提高輻射復(fù)合幾率，降低極化效應(yīng)，以達(dá)到增強(qiáng)LED內(nèi)量子效率的目的。
[0006]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種具有抑制極化效應(yīng)壘層藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)，它從下至上依次包括襯底、AlN緩沖層、U型GaN層、N型GaN層、淺量子阱層、有源區(qū)、電子阻擋層和P型GaN層，所述淺量子阱層與有源區(qū)之間插入抑制極化效應(yīng)壘層，所述抑制極化效應(yīng)壘層從下至上包括AlxGa1 XN層和SiN層。
[0007]在生長(zhǎng)藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)中，生長(zhǎng)所述抑制極化效應(yīng)壘層時(shí)，AlxGa1 XN層與SiN層交替生長(zhǎng)，生長(zhǎng)周期為2~20個(gè)周期。
[0008]在生長(zhǎng)藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)中，所述抑制極化效應(yīng)壘層在氮?dú)狻錃饣蛘邭涞旌檄h(huán)境中生長(zhǎng)，AlxGa1 -層的厚度隨著周期數(shù)目的增加，逐漸增厚，AlGaN層平衡量子阱的應(yīng)力，減緩應(yīng)力和極化效應(yīng)，可以使電子和空穴更好的復(fù)合，提高亮度。SiN層的厚度隨著周期數(shù)目的增加，逐漸減薄，SiN層改善晶體質(zhì)量，可以提高產(chǎn)品的電性。超晶格生長(zhǎng)使兩種材料有效地結(jié)合。
[0009]在上述藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)中，所述抑制極化效應(yīng)壘層中AlxGa1 XN層的生長(zhǎng)溫度為600-900°C, Al組分為0〈χ〈1，厚度為5_150nm，生長(zhǎng)壓力300_700mbar ;SiN層的生長(zhǎng)溫度為600-900°C，生長(zhǎng)厚度為l_50nm，生長(zhǎng)壓力300_700mbar。
[0010]在上述藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)中，生長(zhǎng)所述抑制極化效應(yīng)壘層使用襯底為圖形化藍(lán)寶石襯底、平襯底、非極性襯底、Si襯底或SiC襯底。
[0011]在上述藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)中，所述抑制極化效應(yīng)壘層中AlxGa1 XN層，當(dāng)X=O時(shí)，AlxGa1 XN層變成GaN層；當(dāng)X為0〈χ〈1時(shí)，AlxGa1 XN層變成AlGaN層；所以，所述抑制極化效應(yīng)壘層中下層和上層交替生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)還可以為GaN層和SiN層、AlGaN層和SiN層中任意一種結(jié)構(gòu)組合。
[0012]與此相應(yīng),一種具有抑制極化效應(yīng)壘層藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法,依次包括如下步驟:
首先，外延結(jié)構(gòu)的制備方法是在MOCVD反應(yīng)爐里進(jìn)行高溫烘烤，去除襯底I表面的殘余雜質(zhì)；
在襯底I上調(diào)整溫度到500-900°C之間，生長(zhǎng)一層AlN緩沖層2 ；
在AlN緩沖層2上調(diào)整溫度到900-1200°C之間，生長(zhǎng)U型GaN層3，生長(zhǎng)大約10_80min，厚度為1-1Oum ；
在U型GaN層3上生長(zhǎng)N型GaN層4，調(diào)整溫度到800-1500 V之間，生長(zhǎng)時(shí)間為10-80min，生長(zhǎng)總厚度在 10-10000nm。
[0013]在N型GaN層4上，調(diào)整溫度到700-1000°C之間，生長(zhǎng)淺量子阱5 ；
在淺量子阱5上，生長(zhǎng)抑制極化效應(yīng)壘層6，調(diào)整溫度到700-100(TC之間，包括依次生長(zhǎng)AlxGalxN層10和生長(zhǎng)SiN層11，生長(zhǎng)總厚度10nm-2000nm。。首先生長(zhǎng)AlxGa1 XN層10，生長(zhǎng)溫度為700-100(TC，生長(zhǎng)壓力為300-700mbar，厚度為50_150nm ;然后，再生長(zhǎng)SiN層11，生長(zhǎng)溫度為700-1000°C，生長(zhǎng)壓力為300-700mbar，厚度為50_lnm。
[0014]在SiN層11上，調(diào)整溫度在800-1000°C之間，生長(zhǎng)有源區(qū)7 ；
在有源區(qū)7上調(diào)整溫度到800-100(TC之間，生長(zhǎng)P型AlxGa1 XN電子阻擋層8，厚度為50-1000 埃；
在P型AlxGa1 XN電子阻擋層8上，調(diào)整溫度在800-1200°C之間，生長(zhǎng)P型GaN層9，厚度為 1000-5000 埃，Mg 的濃度為 5xl017 ?IxlO23 cm3。
[0015]優(yōu)選地，生長(zhǎng)所述抑制極化效應(yīng)壘層6步驟:
AlxGa1 XN層(10)與SiN層11交替生長(zhǎng)，生長(zhǎng)周期為2?20個(gè)周期。
[0016]在氮?dú)?、氫氣或者氫氮混合環(huán)境中生長(zhǎng)所述抑制極化效應(yīng)壘層6，AlxGai #層10的厚度隨著周期數(shù)目的增加，逐漸增厚；SiN層11的厚度隨著周期數(shù)目的增加，逐漸減薄。
[0017]生長(zhǎng)所述AlxGa1…層10，Al組分為0〈χ〈1，其Al組分為逐漸降低或Al組分不變，其AlxGa1 #層10生長(zhǎng)厚度由薄逐漸變厚，或生長(zhǎng)厚度由厚逐漸變薄，也可以生長(zhǎng)厚度固定不變。
[0018]生長(zhǎng)所述SiN層11，其生長(zhǎng)厚度由薄逐漸變厚，或生長(zhǎng)厚度由厚逐漸變薄，也可以生長(zhǎng)厚度固定不變。
[0019]生長(zhǎng)所述襯底為圖形化藍(lán)寶石襯底1、平襯底1、非極性襯底l、Si襯底I或SiC襯底I。
[0020]優(yōu)選地，生長(zhǎng)所述抑制極化效應(yīng)壘層6下層和上層的步驟:
生長(zhǎng)所述抑制極化效應(yīng)壘層6中AlxGa1 XN層10，當(dāng)x=0時(shí)，AlxGa1 XN層10變成GaN層10 ;當(dāng)X為0〈χ〈1時(shí)，AlxGa1 XN層10變成AlGaN層10 ;所以，生長(zhǎng)所述抑制極化效應(yīng)壘層6中下層和上層交替生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)還可以為GaN層10和SiN層IUAlGaN層10和SiN層11中任意一種結(jié)構(gòu)組合。
[0021]交替生長(zhǎng)所述抑制極化效應(yīng)壘層6下層和上層的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)為GaN層10和SiN層11、AlGaN層10和SiN層11中任意一種結(jié)構(gòu)組合。
[0022]本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)方法，通過AlxGa1少層10與SiN層11交替生長(zhǎng)，釋放了壓應(yīng)力，抑制極化現(xiàn)象；SiN層11有助于阻擋電子陷落表面態(tài)和二維電子氣(2DEG)耗盡，同時(shí)SiN層11有助于阻擋位錯(cuò)，從而提高電子注入效率，提高晶體質(zhì)量；同時(shí)AlxGa1 XN層10的勢(shì)壘高度大于GaNlO的勢(shì)壘高度，從而阻擋了電子，抑制了溢流現(xiàn)象。本發(fā)明在一定程度上避免了波函數(shù)的空間分離，提高了電子空穴復(fù)合幾率，從而有效提高內(nèi)量子效率。
[0023]除了上面描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
【附圖說明】
[0025]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定。在附圖中:
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中LED外延結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明具有抑制極化效應(yīng)壘層藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例中抑制極化效應(yīng)壘層的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是，本發(fā)明可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0027]參看本圖2，本發(fā)明提供一種具有抑制極化效應(yīng)壘層藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括圖形化襯底1、A1N緩沖層2、U型GaN層3、N型GaN層4、淺量子阱層5、應(yīng)力釋放層6、有源區(qū)7、電子阻擋層8和P型GaN層9，淺量子阱層5與有源區(qū)7之間插入了一層抑制極化效應(yīng)壘層6，抑制極化效應(yīng)壘層6包括AlxGa1 -層10、SiN層11。在生長(zhǎng)藍(lán)光GaN基LED過程中，生長(zhǎng)抑制極化效應(yīng)壘層時(shí)，AlxGa1少層10與SiN層11交替生長(zhǎng)，生長(zhǎng)周期為6個(gè)周期。
[0028]在上述藍(lán)光GaN基LED外延結(jié)構(gòu)中，抑制極化效應(yīng)壘層6中AlxGa1 XN層10的生長(zhǎng)溫度為680-880°C，Al組分為0〈χ〈1，厚度為50_150nm，生長(zhǎng)壓力300_700mbar ;SiN層11的生長(zhǎng)溫度為680 _880°C，生長(zhǎng)厚度為l_50nm，300-700mbar。
[0029]參看本圖3，AlxGa1 XN層10與SiN層11交替生長(zhǎng)，其中，AlxGa1 XN層10的厚度隨著周期數(shù)目的增加，逐漸增厚；SiN層11厚度隨著周期數(shù)目的增加，