本發(fā)明涉及一種GaN外延結(jié)構(gòu)以及制備方法，特別涉及一種用于LED的GaN外延結(jié)構(gòu)以及制備方法。

背景技術(shù)：
：

二十世紀(jì)九十年代初，以GaN為代表的第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料獲得了歷史性突破，科研人員在GaN材料上成功地制備出藍(lán)綠光和紫外光LED，使得LED照明成為可能。1971年，第一只氮化鎵LED管芯面世，1994年，氮化鎵HEMT出現(xiàn)了高電子遷移率的藍(lán)光GaN基二極管，氮化鎵半導(dǎo)體材料發(fā)展十分迅速。

GaN基多量子阱發(fā)光二極管(LED)已經(jīng)進(jìn)入市場并取得很大進(jìn)展，但是芯片出光效率低下并且衰減的問題仍未得到很好解決。根據(jù)生長條件，MQW生長溫度低于n型GaN層與p型GaN層,并且各層組分不同，這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生熱應(yīng)力失配與晶格失配，晶體質(zhì)量下降，影響發(fā)光效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明的目的是提供一種用于LED的GaN外延結(jié)構(gòu)以及制備方法，使得運(yùn)用本發(fā)明所示制備方法制得的GaN外延結(jié)構(gòu)提供更對(duì)的電子空穴對(duì)，用于LED芯片制造后發(fā)光亮度高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種用于LED的GaN外延結(jié)構(gòu)，包括依次層疊的成核層、未摻雜GaN層、n型GaN層、n應(yīng)力釋放層、多量子阱結(jié)構(gòu)、p應(yīng)力釋放層、p型電子阻擋層及p型GaN空穴活化層，所述n應(yīng)力釋放層是由In組分含量遞增漸變的InGaN/GaN超晶格層形成，所述p應(yīng)力釋放層是由In組分含量遞增漸變的InN/GaN超晶格層形成。

優(yōu)選地，未摻雜GaN層包括rough縱向生長層與u-GaN橫向生長層。

優(yōu)選地，所述n型GaN層包括低摻雜Si濃度的n-GaN層，Si摻雜的AlGaN層以及高摻雜Si濃度的n-GaN層。

優(yōu)選地，p型電子阻擋層是由Al組分含量遞增漸變的p型AlGaN/GaN超晶格層形成。

優(yōu)選地，所述p型GaN空穴活化層為InGaN。

一種用于LED的GaN外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：處理襯底，然后依次生長成核層、未摻雜GaN層、n型GaN層、n應(yīng)力釋放層、多量子阱結(jié)構(gòu)、p應(yīng)力釋放層、p型電子阻擋層及p型GaN空穴活化層，n應(yīng)力釋放層即InGaN/GaN超晶格層，p應(yīng)力釋放層即InN/GaN超晶格層，n應(yīng)力釋放層與p應(yīng)力釋放層生長時(shí)均是先生長一個(gè)超晶格勢阱，再生長一個(gè)超晶格勢壘，形成一個(gè)超晶格周期，然后周期重復(fù)性生長超晶格，相鄰生長周期中In組分含量遞增漸變。

優(yōu)選地，未摻雜GaN層先縱向生長rough縱向生長層，后升溫橫向生長u-GaN橫向生長層。

優(yōu)選地，n型GaN層先生長低摻雜Si濃度的n-GaN層，再生長Si摻雜的AlGaN層，最后生長高摻雜Si濃度的n-GaN層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明通過在量子阱前后各生長一個(gè)超晶格應(yīng)力釋放層，可以有效緩解有源區(qū)與兩側(cè)的晶格失配與熱應(yīng)力失配，增加電子與空穴的濃度，提高量子阱發(fā)光效率。超晶格應(yīng)力釋放層In組分漸變，使得晶格缺陷減少，更有效提高長晶質(zhì)量，進(jìn)一步提高發(fā)光效率。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(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)明的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的外延結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式：

為了更好的理解本發(fā)明，下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明，不會(huì)對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。

一種用于LED的GaN外延結(jié)構(gòu)，包括依次層疊的30nm～100nm成核層1，1μm～2μm未摻雜GaN層2，4μm～6μm n型GaN層3，30nm～50nm n應(yīng)力釋放層4，200nm～400nm多量子阱結(jié)構(gòu)5，20nm～30nm p應(yīng)力釋放層6、50nm～80nm p型電子阻擋層7及100nm～150nm p型GaN空穴活化層8，所述n應(yīng)力釋放層是由In組分含量遞增漸變的In_xGa_1-xN/GaN超晶格層形成，x由0.01漸變至0.05，所述p應(yīng)力釋放層是由In組分含量遞增漸變的In_yN/GaN超晶格層形成,y由0.5漸變至1。

優(yōu)選地，未摻雜GaN層2包括rough縱向生長層與u-GaN橫向生長層。

優(yōu)選地，所述n型GaN層包括0.5μm～1μm低摻雜Si濃度的n-GaN層31，300nm～500nm Si摻雜的AlGaN層32以及3μm～5μm高摻雜Si濃度的n-GaN層33。

優(yōu)選地，p型電子阻擋層是由Al組分含量遞增漸變的p型Al_zGa_1-zN/GaN超晶格層形成,z由0.2漸變至0.3。

優(yōu)選地，所述p型GaN空穴活化層為InGaN。

用于上述LED的GaN外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

(1)在1000℃～1200℃的氫氣氣氛下高溫處理生長襯底5～10分鐘，在處理過的襯底上500℃～600℃生長30nm～100nm成核層1；

(2)升溫至950℃～1150℃，氫氣氣氛下退火，之后同源生長1μm～2μm未摻雜GaN層2；

優(yōu)選地，950℃～1050℃，先生長rough縱向生長層，升溫至1050℃～1150℃，生長u-GaN橫向生長層。先縱向生長后橫向生長，使結(jié)晶質(zhì)量更加完好。

(3)1100℃～1200℃，生長4μm～6μm n型GaN層3，Si摻雜濃度1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3；

優(yōu)選地，先生長1×10¹⁷cm^-3～5×10¹⁷cm^-3低摻雜Si濃度的n-GaN層31，再生長Si摻雜的AlGaN層32，最后生長1×10¹⁹cm^-3～5×10¹⁹cm^-3高摻雜Si濃度的n-GaN層33。低摻雜濃度與底層更好地晶格匹配，高摻雜濃度提供大量電子，AlGaN使電流很容易在橫向平面內(nèi)擴(kuò)展，從而避免因局部電流密度過高而造成的器件損傷，使器件抗ESD能力強(qiáng)。

(4)降溫至800℃～900℃，生長n應(yīng)力釋放層4，即先生長一個(gè)超晶格勢阱In_xGa_1-xN，再生長一個(gè)超晶格勢壘GaN，形成一個(gè)超晶格周期，然后周期重復(fù)性生長超晶格，相鄰生長周期中In_xGa_1-xN的In組分含量遞增漸變，x由0.01漸變至0.05，n應(yīng)力釋放層總厚度30nm～50nm,周期數(shù)10～20個(gè)；

(5)700℃～850℃，生長多量子阱結(jié)構(gòu)層5，即先700℃～750℃生長一個(gè)勢阱InGaN，再800℃～850℃生長一個(gè)勢壘GaN，形成一個(gè)量子阱周期，然后周期重復(fù)性生長多量子阱結(jié)構(gòu)層，量子阱總厚度200nm～400nm；

(6)750℃～850℃，生長p應(yīng)力釋放層6，即先生長一個(gè)超晶格勢阱In_uN，再生長一個(gè)超晶格勢壘GaN，形成一個(gè)超晶格周期，然后周期重復(fù)性生長超晶格，相鄰生長周期中In_yN的In組分含量遞增漸變，y由0.5漸變至1，p應(yīng)力釋放層總厚度20nm～30nm,周期數(shù)5～10個(gè)；

(7)升溫至950～1000℃，生長50nm～80nm p型電子阻擋層7，Mg摻雜濃度5×10¹⁸cm^-3～5×10¹⁹cm^-3；

優(yōu)選地，p型電子阻擋層是由Al組分含量遞增漸變的p型Al_zGa_1-zN/GaN超晶格層形成；先生長一個(gè)超晶格勢阱GaN，再生長一個(gè)超晶格勢壘Al_zGa_1-zN，形成一個(gè)超晶格周期，然后周期重復(fù)性生長超晶格，相鄰生長周期中Al_zGa_1-zN的Al組分含量遞增漸變，z由0.2漸變至0.3,周期數(shù)5～15個(gè)；

(8)再升溫至1000℃～1100℃，生長100nm～150nm p型GaN空穴活化層8，Mg摻雜濃度5×10¹⁹cm^-3～5×10²⁰cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例外延片與常規(guī)MQW兩側(cè)無本發(fā)明所示應(yīng)力釋放層的方法制得的外延片相比，制成芯片后測得LED發(fā)光亮度增加1％～3％。