GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN (氮化鎵)是制作LED外延片的材料之一。GaN是極穩(wěn)定的化合物和堅(jiān)硬的高熔點(diǎn)材料，也是直接躍迀的寬帶隙半導(dǎo)體料，不僅具有良好的物理和化學(xué)性質(zhì)，而且具有電子飽和速率高、熱導(dǎo)率好、禁帶寬度大和介電常數(shù)小等特點(diǎn)和強(qiáng)的抗輻照能力，可用來(lái)制備穩(wěn)定性能好、壽命長(zhǎng)、耐腐蝕和耐高溫的大功率器件。
[0003]通常，GaN基LED在藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行外延生長(zhǎng)。傳統(tǒng)的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)一般采用InGaN/GaN的MQW (multiple quantum well，多量子講)有源發(fā)光層結(jié)構(gòu)。因InN (氮化銦)與GaN之間存在著很大的晶格失配(約為11%)，導(dǎo)致GaN基LED發(fā)光層的多量子阱InGaN/GaN中也存在著很大的壓應(yīng)力。一方面，壓應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生壓電極化電場(chǎng)，引起量子阱能帶的傾斜，使電子和空穴波函數(shù)的交疊減少，造成內(nèi)量子效率的下降，即所謂的量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE);另一方面，壓應(yīng)力會(huì)影響量子阱中In的有效合并，使其難以形成晶體質(zhì)量良好的高In組份的量子阱，從而使LED的發(fā)光效率較低。所以InGaN量子阱中應(yīng)力的調(diào)制成為提高發(fā)光效率的關(guān)鍵因素之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型一實(shí)施方式提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，該LED外延結(jié)構(gòu)從下向上依次包括:襯底，N型GaN層，MQff有源層，P型GaN層。其中，MQff有源層包括InGaN講層、以及生長(zhǎng)在InGaN講層之上的摻雜皇層，摻雜皇層為AlxGau x)N皇層，AlxGaa x)N皇層中Al的摩爾含量從與InGaN阱層接觸的下表面到與P型GaN層接觸的上表面先遞增，再遞減。
[0006]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，摻雜皇層與InGaN阱層接觸的下表面中，x的取值為O。
[0007]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，摻雜皇層與P型GaN層接觸的上表面中，x的取值為O。
[0008]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，摻雜皇層自下向上包括第一摻雜皇層及第二摻雜皇層，第一摻雜皇層AlxGau X)N自下向上X值逐漸升高，且X的取值范圍為O到10%，第二摻雜皇層AlxGau X)N自下向上X值逐漸降低，且X的取值范圍為10%到O。
[0009]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，第一摻雜皇層厚度范圍為20-80埃。
[0010]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，第二摻雜皇層厚度范圍為20-80埃。
[0011]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，摻雜皇層自下向上包括第一摻雜皇層、第二摻雜皇層及第三摻雜皇層，第一摻雜皇層AlxGau X)N自下向上X值逐漸升高，且X的取值范圍為O到10%，第二摻雜皇層不摻雜鋁或者摻雜恒定濃度的鋁，第三摻雜皇層AlxGau X)N自下向上X值逐漸降低，且X的取值范圍為10%到O。
[0012]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，摻雜皇層自下向上包括第一摻雜皇層、第二摻雜皇層及第三摻雜皇層，第一摻雜皇層AlxGau X)N自下向上X值逐漸升高，且X的取值范圍為O到10%，第二摻雜皇層AlxGau X)N中x為恒定值，x的取值范圍為4%到10%，第三摻雜皇層AlxGaa X)N自下向上X值逐漸降低，且X的取值范圍為10%到O。
[0013]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，上述第一摻雜皇層厚度20-40埃，第二摻雜皇層厚度40-60埃，第三摻雜皇層厚度20-40埃。
[0014]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，AlxGaa x)N皇層中Al的摩爾含量從與InGaN阱層接觸的下表面到與P型GaN層接觸的上表面先線性遞增，再線性遞減。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用漸變的AlxGa (1 x)N多量子阱層結(jié)構(gòu)形成能級(jí)梯度，與InGaN阱層形成的壓應(yīng)力減小，可以有效釋放量子阱中的壓應(yīng)力，改善其極化電場(chǎng)效應(yīng)，減弱量子阱內(nèi)的斯托克斯效應(yīng)，提高電子載流子和空穴載流子符合幾率，提高內(nèi)量子效率，從而提高LED的發(fā)光效率。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施方式中GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施方式中GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本實(shí)用新型，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0019]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，該LED外延結(jié)構(gòu)從下向上依次包括:襯底10，N型GaN層20，MQff有源層30，P型GaN層40。
[0020]本實(shí)用新型一實(shí)施方式中，襯底10的材料為藍(lán)寶石襯底，當(dāng)然，在本實(shí)用新型的其他實(shí)施方式中，襯底10也可以為其他襯底材料，如S1、SiC等。
[0021]本實(shí)用新型一實(shí)施方式中，N型GaN層20優(yōu)選高溫N型GaN層。
[0022]本實(shí)用新型一實(shí)施方式中，MQff有源層30包括:從下向上依次生成的InGaN阱層31、以及生長(zhǎng)在InGaN阱層之上的摻雜皇層33。
[0023]本實(shí)用新型一實(shí)施方式中，摻雜皇層33為AlxGau x)N摻雜皇層，該AlxGau x)N摻雜皇層中Al的摩爾含量從與InGaN阱層31接觸的下表面到與P型GaN層40接觸的上表面方向先逐漸增加，再逐漸減小。
[0024]本發(fā)明一實(shí)施方式中，摻雜皇層33中Al的摩爾含量從與InGaN阱層31接觸的下表面到與P型GaN層40接觸的上表面方向先線性遞增，再線性遞減。
[0025]進(jìn)一步的，摻雜皇層33自下向上包括第一摻雜皇層及第二摻雜皇層。其中，第一摻雜皇層在GaN中摻雜自下向上含量逐漸升高的鋁，且鋁的摩爾含量由O漸升至10%，即，第一摻雜皇層AlxGau X)N自下向上X值逐漸升高，且X的取值范圍為O到10%，第一摻雜皇層厚度范圍為20-80埃。第二摻雜皇層在GaN中摻雜自下向上含量逐漸降低的鋁，且鋁的摩爾含量由10%漸減至0，即，第二摻雜皇層AlxGau X)N自下向上X值逐漸降低，且x的取值范圍為10%到0，第二摻雜皇層厚度20-80埃。
[0026]又或者，摻雜皇層33自下向上包括第一摻雜皇層、第二摻雜皇層及第三摻雜皇層。其中，第一摻雜皇層自下向上摻雜含量逐漸升高的鋁，且鋁的摩爾含量由O漸升至10%，即，第一摻雜皇層AlxGau X)N自下向上X值逐漸升高，且X的取值范圍為O到10%，第一摻雜皇層厚度20-40埃；第二摻雜皇層不摻雜鋁或者摻雜恒定濃度的鋁，若摻雜鋁，其摩爾含量為4%到10%，即，第二摻雜皇層AlxGau X)N中，x的取值范圍為4%到10%，第二摻雜皇層厚度40-60埃；第三摻雜皇層摻雜自下向上含量逐漸降低的鋁，且鋁的摩爾含量由10%漸減至0，即，第三摻雜皇層AlxGau X)N自下向上X值逐漸降低，且X的取值范圍為10%到0，第三摻雜皇層厚度20-40埃。
[0027]本實(shí)用新型一實(shí)施方式中，AlxGau X)N摻雜皇層33與InGaN阱層31接觸的下表面中，X的取值為O;
[0028]AlxGaa x)N摻雜皇層33與P型GaN層40接觸的上表面中，x的取值為O。
[0029]如此，采用漸變的AlxGaa x)N多量子阱層結(jié)構(gòu)形成能級(jí)梯度，在與InGaN接觸的表面上不摻雜Al，使該表面因晶格材料差異形成的壓應(yīng)力減小，可以有效釋放量子阱中的壓應(yīng)力，改善其極化電場(chǎng)效應(yīng)，減弱量子阱內(nèi)的斯托克斯效應(yīng)，提高電子載流子和空穴載流子符合幾率，提高內(nèi)量子效率。
[0030]本實(shí)用新型一實(shí)施方式中，P型GaN層40優(yōu)選高溫P型GaN。
[0031]在上述圖1所示LED外延結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型一實(shí)施方式中，LED外延結(jié)構(gòu)還包括:生長(zhǎng)于襯底10和N型GaN層20之間的成核層701。
[0032]其中，成核層701優(yōu)選低溫GaN成核層，并將TMGa作為Ga源。
[0033]在上述圖1所示LED外延結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型一實(shí)施方式中，LED外延結(jié)構(gòu)還包括:生長(zhǎng)于襯底10和N型GaN層20之間的氮化物緩沖層703。
[0034]氮化物緩沖層703可為GaN緩沖層或AlN緩沖層；本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施方式中，氮化物緩沖層703為厚度為0.5-lum間的高溫GaN緩沖層；當(dāng)然，在本實(shí)用新型的其他實(shí)施方式中，GaN緩沖層還可以包括高溫條件下生長(zhǎng)的高溫GaN緩沖層和低溫條件下生長(zhǎng)的低溫GaN緩沖層，在此不做詳細(xì)贅述。
[0035]在上述圖1所示LED外延結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型一實(shí)施方式中，LED外延結(jié)構(gòu)還包括:生長(zhǎng)于襯底10和N型GaN層20之間的非摻雜GaN層705 ;本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施方式中，非摻雜GaN層705為非摻雜高溫U-GaN層。
[0036]當(dāng)然，在上述圖1所示LED外延結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在本實(shí)用新型的其他實(shí)施方式中，上述成核層701、氮化物緩沖層703、非摻雜GaN層705還可以任意組合加入到LED外延結(jié)構(gòu)中，例如:LED外延結(jié)構(gòu)從下向上依次包括:襯底10、成核層701、氮化物緩沖層703、非摻雜GaN層705、N型GaN層20、MQff有源層30、P型GaMO層，在此不做詳細(xì)贅述。
[0037]在上述圖1所示LED外延結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型一實(shí)施方式中，LED外延結(jié)構(gòu)還包括:生長(zhǎng)于P型GaN層40上的歐姆接觸層50，本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施方式中，歐姆接觸層50為P型GaN接觸層，進(jìn)一步的，歐姆接觸層50為高壓p型InGaN層，在此不做詳細(xì)贅述。
[0038]結(jié)合圖2所示，前述LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法包括:
[0039]S1、提供一襯底，
[0040]S2、在所述襯底上生長(zhǎng)N型GaN層，
[0041]S3、在所述N型GaN層上生長(zhǎng)InGaN阱層，
[0042]S4、在所述InGaN阱層上生長(zhǎng)摻雜皇層，
[0043]S5、在所述摻雜皇層上生長(zhǎng)P型GaN層，
[0044]其中，所述摻雜皇層為AlxGau X)N皇層，所述AlxGau X)N皇層中Al的摩爾含量從與InGaN阱層接觸的下表面到與P型GaN層接觸的上表面方向先逐漸增加，再逐漸減小。
[0045]在本實(shí)用新型一實(shí)施方