CN103500780A - 一种氮化镓基led外延结构及其制备方法 - Google Patents

一种氮化镓基led外延结构及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及GaN基LED外延结构，具体是一种氮化镓基LED外延结构及其制备方法。本发明解决了现有GaN基LED外延结构发光效率较低、光电性能较差、以及良率较低的问题。一种氮化镓基LED外延结构包括蓝宝石衬底、低温GaN缓冲层、未掺杂GaN层、n型掺杂GaN层、超晶格层、多量子阱发光层、p型AlGaN层、p型GaN接触层；其中，低温GaN缓冲层生长于蓝宝石衬底的上表面；未掺杂GaN层生长于低温GaN缓冲层的上表面；n型掺杂GaN层生长于未掺杂GaN层的上表面；超晶格层生长于n型掺杂GaN层的上表面；多量子阱发光层生长于超晶格层的上表面。本发明适用于制造半导体发光器件。

Description

一种氮化镓基LED外延结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及GaN基LED外延结构，具体是一种氮化镓基LED外延结构及其制备方法。
背景技术
GaN基LED外延结构被广泛应用于制造各种半导体发光器件。作为半导体发光器件的核心，GaN基LED外延结构的性能直接关系到半导体发光器件的性能。在现有技术条件下，GaN基LED外延结构均采用MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀）法制备而成。然而实践表明，现有GaN基LED外延结构的低温GaN缓冲层与蓝宝石衬底之间的晶格失配度较高（通常高达16%），导致低温GaN缓冲层的位错密度较大（通常为108-1010），由此一方面导致电子在低温GaN缓冲层受到束缚（即导致低温GaN缓冲层的电流扩展能力较差），进而导致GaN基LED外延结构的发光效率较低，另一方面导致低温GaN缓冲层的翘曲度较大、内部应力较大、结晶质量较差，进而导致GaN基LED外延结构的漏电流和正向电压较大，最终导致GaN基LED外延结构的光电性能较差、良率较低。基于此，有必要发明一种全新的GaN基LED外延结构，以解决现有GaN基LED外延结构发光效率较低、光电性能较差、以及良率较低的问题。
发明内容
本发明为了解决现有GaN基LED外延结构发光效率较低、光电性能较差、以及良率较低的问题，提供了一种氮化镓基LED外延结构及其制备方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种氮化镓基LED外延结构，包括蓝宝石衬底、低温GaN缓冲层、未掺杂GaN层、n型掺杂GaN层、超晶格层、多量子阱发光层、p型AlGaN层、p型GaN接触层；其中，低温GaN缓冲层生长于蓝宝石衬底的上表面；未掺杂GaN层生长于低温GaN缓冲层的上表面；n型掺杂GaN层生长于未掺杂GaN层的上表面；超晶格层生长于n型掺杂GaN层的上表面；多量子阱发光层生长于超晶格层的上表面；p型AlGaN层生长于多量子阱发光层的上表面；p型GaN接触层生长于p型AlGaN层的上表面。
一种氮化镓基LED外延结构的制备方法（该方法用于制备本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构），该方法是采用如下步骤实现的：
（1）选取蓝宝石衬底；在H2气氛下高温吹扫蓝宝石衬底；
（2）在蓝宝石衬底的上表面生长低温GaN缓冲层；
（3）在低温GaN缓冲层的上表面生长未掺杂GaN层；
（4）在未掺杂GaN层的上表面生长n型掺杂GaN层；
（5）在n型掺杂GaN层的上表面生长超晶格层；
（6）在超晶格层的上表面生长多量子阱发光层；
（7）在多量子阱发光层的上表面生长p型AlGaN层；
（8）在p型AlGaN层的上表面生长p型GaN接触层。
与现有GaN基LED外延结构相比，本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构及其制备方法通过生长超晶格层，具备了如下优点：超晶格层有效降低了低温GaN缓冲层与蓝宝石衬底之间的晶格失配度，有效减小了低温GaN缓冲层的位错密度，由此一方面有效提高了电子在n型掺杂GaN层的横向运动（即有效增强了n型掺杂GaN层的电流扩展能力），进而有效提高了GaN基LED外延结构的发光效率，另一方面有效减小了低温GaN缓冲层的翘曲度和内部应力，有效改善了低温GaN缓冲层的结晶质量，进而有效减小了GaN基LED外延结构的漏电流和正向电压，最终有效改善了GaN基LED外延结构的光电性能，有效提高了GaN基LED外延结构的良率。综上所述，本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构及其制备方法通过生长超晶格层，有效解决了现有GaN基LED外延结构发光效率较低、光电性能较差、以及良率较低的问题。
本发明有效解决了现有GaN基LED外延结构发光效率较低、光电性能较差、以及良率较低的问题，适用于制造半导体发光器件。
附图说明
图1是本发明的一种氮化镓基LED外延结构的第一种结构示意图。
图2是本发明的一种氮化镓基LED外延结构的第二种结构示意图。
具体实施方式
实施例一
一种氮化镓基LED外延结构，包括蓝宝石衬底、低温GaN缓冲层、未掺杂GaN层、n型掺杂GaN层、超晶格层、多量子阱发光层、p型AlGaN层、p型GaN接触层；其中，低温GaN缓冲层生长于蓝宝石衬底的上表面；未掺杂GaN层生长于低温GaN缓冲层的上表面；n型掺杂GaN层生长于未掺杂GaN层的上表面；超晶格层生长于n型掺杂GaN层的上表面；多量子阱发光层生长于超晶格层的上表面；p型AlGaN层生长于多量子阱发光层的上表面；p型GaN接触层生长于p型AlGaN层的上表面。
在本实施例中，如图1所示，所述超晶格层包括AlGaN/GaN周期循环的n型超晶格层和InGaN/GaN周期循环的超晶格层；AlGaN/GaN周期循环的n型超晶格层生长于n型掺杂GaN层的上表面；InGaN/GaN周期循环的超晶格层生长于AlGaN/GaN周期循环的n型超晶格层的上表面；多量子阱发光层生长于InGaN/GaN周期循环的超晶格层的上表面。
所述AlGaN/GaN周期循环的n型超晶格层的周期为1-5；所述InGaN/GaN周期循环的超晶格层的周期为5-10。
所述AlGaN/GaN周期循环的n型超晶格层的厚度为2-10μm；所述InGaN/GaN周期循环的超晶格层的厚度为130-150μm。
所述多量子阱发光层由InGaN势阱层和GaN势垒层周期***替生长形成，且周期数为10-12个；所述多量子阱发光层的厚度为130-160nm。
一种氮化镓基LED外延结构的制备方法（该方法用于制备本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构），该方法是采用如下步骤实现的：
（1）选取蓝宝石衬底；在H2气氛下高温吹扫蓝宝石衬底；
（2）在蓝宝石衬底的上表面生长低温GaN缓冲层；
（3）在低温GaN缓冲层的上表面生长未掺杂GaN层；
（4）在未掺杂GaN层的上表面生长n型掺杂GaN层；
（5）在n型掺杂GaN层的上表面生长超晶格层；
（6）在超晶格层的上表面生长多量子阱发光层；
（7）在多量子阱发光层的上表面生长p型AlGaN层；
（8）在p型AlGaN层的上表面生长p型GaN接触层。
具体实施时，本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构的制备方法是通过MOCVD设备实现的。
实施例二
一种氮化镓基LED外延结构，包括蓝宝石衬底、低温GaN缓冲层、未掺杂GaN层、n型掺杂GaN层、超晶格层、多量子阱发光层、p型AlGaN层、p型GaN接触层；其中，低温GaN缓冲层生长于蓝宝石衬底的上表面；未掺杂GaN层生长于低温GaN缓冲层的上表面；n型掺杂GaN层生长于未掺杂GaN层的上表面；超晶格层生长于n型掺杂GaN层的上表面；多量子阱发光层生长于超晶格层的上表面；p型AlGaN层生长于多量子阱发光层的上表面；p型GaN接触层生长于p型AlGaN层的上表面。
在本实施例中，如图2所示，所述超晶格层包括AlGaN/InGaN周期循环的复合超晶格层；AlGaN/InGaN周期循环的复合超晶格层生长于n型掺杂GaN层的上表面；多量子阱发光层生长于AlGaN/InGaN周期循环的复合超晶格层的上表面。
所述多量子阱发光层由InGaN势阱层和GaN势垒层周期***替生长形成，且周期数为10-12个；所述多量子阱发光层的厚度为130-160nm。
一种氮化镓基LED外延结构的制备方法（该方法用于制备本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构），该方法是采用如下步骤实现的：
（1）选取蓝宝石衬底；在H2气氛下高温吹扫蓝宝石衬底；
（2）在蓝宝石衬底的上表面生长低温GaN缓冲层；
（3）在低温GaN缓冲层的上表面生长未掺杂GaN层；
（4）在未掺杂GaN层的上表面生长n型掺杂GaN层；
（5）在n型掺杂GaN层的上表面生长超晶格层；
（6）在超晶格层的上表面生长多量子阱发光层；
（7）在多量子阱发光层的上表面生长p型AlGaN层；
（8）在p型AlGaN层的上表面生长p型GaN接触层。
具体实施时，本发明所述的一种氮化镓基LED外延结构的制备方法是通过MOCVD设备实现的。

Claims (8)

1.一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于：包括蓝宝石衬底、低温GaN缓冲层、未掺杂GaN层、n型掺杂GaN层、超晶格层、多量子阱发光层、p型AlGaN层、p型GaN接触层；其中，低温GaN缓冲层生长于蓝宝石衬底的上表面；未掺杂GaN层生长于低温GaN缓冲层的上表面；n型掺杂GaN层生长于未掺杂GaN层的上表面；超晶格层生长于n型掺杂GaN层的上表面；多量子阱发光层生长于超晶格层的上表面；p型AlGaN层生长于多量子阱发光层的上表面；p型GaN接触层生长于p型AlGaN层的上表面。
2.根据权利要求1所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于：所述超晶格层包括AlGaN/GaN周期循环的n型超晶格层和InGaN/GaN周期循环的超晶格层；AlGaN/GaN周期循环的n型超晶格层生长于n型掺杂GaN层的上表面；InGaN/GaN周期循环的超晶格层生长于AlGaN/GaN周期循环的n型超晶格层的上表面；多量子阱发光层生长于InGaN/GaN周期循环的超晶格层的上表面。
3.根据权利要求1所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于：所述超晶格层包括AlGaN/InGaN周期循环的复合超晶格层；AlGaN/InGaN周期循环的复合超晶格层生长于n型掺杂GaN层的上表面；多量子阱发光层生长于AlGaN/InGaN周期循环的复合超晶格层的上表面。
4.根据权利要求2所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于：所述AlGaN/GaN周期循环的n型超晶格层的周期为1-5；所述InGaN/GaN周期循环的超晶格层的周期为5-10。
5.根据权利要求2或4所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于：所述AlGaN/GaN周期循环的n型超晶格层的厚度为2-10μm；所述InGaN/GaN周期循环的超晶格层的厚度为130-150μm。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于：所述多量子阱发光层由InGaN势阱层和GaN势垒层周期***替生长形成，且周期数为10-12个；所述多量子阱发光层的厚度为130-160nm。
7.根据权利要求5所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于：所述多量子阱发光层由InGaN势阱层和GaN势垒层周期***替生长形成，且周期数为10-12个；所述多量子阱发光层的厚度为130-160nm。
8.一种氮化镓基LED外延结构的制备方法，该方法用于制备如权利要求1所述的一种氮化镓基LED外延结构，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
（1）选取蓝宝石衬底；在H2气氛下高温吹扫蓝宝石衬底；
（2）在蓝宝石衬底的上表面生长低温GaN缓冲层；
（3）在低温GaN缓冲层的上表面生长未掺杂GaN层；
（4）在未掺杂GaN层的上表面生长n型掺杂GaN层；
（5）在n型掺杂GaN层的上表面生长超晶格层；
（6）在超晶格层的上表面生长多量子阱发光层；
（7）在多量子阱发光层的上表面生长p型AlGaN层；
（8）在p型AlGaN层的上表面生长p型GaN接触层。
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