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]發(fā)光二極管(LED，Light Emitting D1de)由于具有壽命長(zhǎng)、耗能低等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其隨著其照明性能指標(biāo)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(dǎo)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，在高亮度藍(lán)光發(fā)光二極管、藍(lán)光激光器等光電子器件領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)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(lái)生長(zhǎng)，通常量子阱結(jié)構(gòu)中InGaN勢(shì)阱的生長(zhǎng)溫度在750°C左右，同時(shí)GaN勢(shì)皇的溫度也不能太高，溫度太高就會(huì)破壞已經(jīng)形成的勢(shì)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(dǎo)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(fù)合效率。為了保護(hù)InGaN勢(shì)阱，在勢(shì)阱生長(zhǎng)結(jié)束后，會(huì)先生長(zhǎng)一層薄的低溫GaN保護(hù)層，然后再生長(zhǎng)GaN勢(shì)皇層；即使這樣，GaN勢(shì)皇的溫度也不能過(guò)高，通常它與InGaN勢(shì)阱的溫度差保持在110°C左右，即GaN勢(shì)皇的溫度在860°C左右；但在860°C左右的溫度條件下，GaN勢(shì)皇的質(zhì)量仍然不能達(dá)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(zhǎng)過(guò)程中通比可以提高GaN的晶體質(zhì)量，但過(guò)量的H 2通入同時(shí)會(huì)使InGaN勢(shì)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(diǎn)，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(dǎo)致的后續(xù)生長(zhǎng)GaN的溫度達(dá)不到所需的溫度，生長(zhǎng)的GaN材料晶體質(zhì)量較差，進(jìn)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(fù)合效率的問(wèn)題。
[0006]為實(shí)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(zhǎng)襯底，在所述生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)緩沖層；
[0008]在所述緩沖層上依次生長(zhǎng)未摻雜的GaN層及N型GaN層；
[0009]在所述N型GaN層上生長(zhǎng)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(zhǎng)InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)；生長(zhǎng)所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)的同時(shí)向生長(zhǎng)環(huán)境中通入H2，其中，生長(zhǎng)InGaN勢(shì)阱的過(guò)程中通入的H2的流量遠(yuǎn)小于生長(zhǎng)GaN勢(shì)皇過(guò)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(zhǎng)P型電子阻擋層；
[0012]在所述P型電子阻擋層上生長(zhǎng)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(zhǎng)襯底為藍(lán)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(zhǎng)溫度為1000°C?1200°C，總生長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)數(shù)為3?30 ；InGaN勢(shì)阱中In組分的摩爾組分為1%?5%;InGaN勢(shì)阱的厚度為Inm?4nm，GaN勢(shì)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(zhǎng)所述InGaN勢(shì)講的過(guò)程中通入的比的流量為5sccm?50sccm ;生長(zhǎng)所述GaN勢(shì)皇過(guò)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(zhǎng)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(duì)數(shù)為5?18 ；InGaN勢(shì)阱中In組分的摩爾組分為15%?20%;InGaN勢(shì)阱的厚度為2nm?4nm，GaN勢(shì)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(zhǎng)InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)的同時(shí)向生長(zhǎng)環(huán)境中通入H2，可以改善生長(zhǎng)晶體的結(jié)晶質(zhì)量；且生長(zhǎng)InGaN勢(shì)阱的過(guò)程中通入的H2的流量遠(yuǎn)小于生長(zhǎng)GaN勢(shì)皇過(guò)程中通入的H 2的流量，即能達(dá)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(huì)對(duì)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(fù)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(shuō)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(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0031]I生長(zhǎng)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(shí)施方式】
[0039]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0040]請(qǐng)參閱圖1至圖7需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)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(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)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(fù)雜。
[0041]請(qǐng)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(zhǎng)襯底，在所述生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)緩沖層；
[0043]S2:在所述緩沖層上依次生長(zhǎng)未摻雜的GaN層及N型GaN層；
[0044]S3:在所述N型GaN層上生長(zhǎng)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(zhǎng)InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)；生長(zhǎng)所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)的同時(shí)向生長(zhǎng)環(huán)境中通入H2，其中，生長(zhǎng)InGaN勢(shì)阱的過(guò)程中通入的H2的流量遠(yuǎn)小于生長(zhǎng)GaN勢(shì)皇過(guò)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(zhǎng)P型電子阻擋層；
[0047]S6:在所述P型電子阻擋層上生長(zhǎng)P型GaN層。
[0048]在步驟SI中，請(qǐng)參閱圖1中的SI步驟及圖2，提供生長(zhǎng)襯底1，在所述生長(zhǎng)襯底I上生長(zhǎng)緩沖層2。
[0049]作為示例，所述生長(zhǎng)襯底I可以為但不僅限于適合GaN及其半導(dǎo)體外延材料生長(zhǎng)的藍(lán)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(qǐng)參閱圖1中的S2步驟及圖3，在所述緩沖層2上依次生長(zhǎng)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(zhǎng)溫度為1000°C?1200°C，總生長(zhǎng)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(qǐng)參閱圖1中的S3步驟及圖4，在所述N型GaN層4上生長(zhǎng)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(shì)阱與GaN勢(shì)皇交替組成，一個(gè)所述InGaN勢(shì)講與一個(gè)所述GaN勢(shì)皇構(gòu)成一個(gè)周期對(duì)，在同一周期對(duì)內(nèi)，所述GaN勢(shì)皇位于所述InGaN勢(shì)阱之上；優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)5包括3?30個(gè)所述周期對(duì)。
[0055]作為示例，所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)5的生長(zhǎng)溫度為700°C?900°C ;所述InGaN勢(shì)講的厚度為Inm?4nm，所述GaN勢(shì)皇的厚度為Inm?9nm ;所述InGaN勢(shì)講中In組分的摩爾組分為1%?5%。
[0056]在步驟S4中，請(qǐng)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(zhǎng)InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)6 ;生長(zhǎng)所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)6的同時(shí)向生長(zhǎng)環(huán)境中通入H2，其中，生長(zhǎng)InGaN勢(shì)阱的過(guò)程中通入的H2