[發明專利]改善GaN基外延片內波長集中度的外延結構及生長方法

有效

• 申請號: 201310224408.2
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103337571A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 楊奎;牛勇;吳禮清;李剛;郭麗彬;蔣利民
• 申請（專利權）人: 合肥彩虹藍光科技有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/00
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• 代理人: 暫無信息

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技術領域

本發明屬于Ⅲ-Ⅵ族氮化物材料制備技術領域，特別涉及一種新型的GaN外延結構，能夠有效提高GaN基外延片內波長集中度的外延結構及其生長方法。

背景技術

發光二極管（LED，Light?Emitting?Diode）是一種半導體固體發光器件，其利用半導體PN結作為發光材料，可以將電能直接轉換為光能。當半導體PN結的兩端加上正向電壓后，注入PN結中的少數載流子和多數載流子發生復合，復合的能量以光的形式發射，可以形成各種顏色的光。

以GaN為代表的Ⅲ-Ⅵ族材料屬于寬禁帶半導體材料，在20世紀90年代之后得到迅猛發展。優異的耐腐蝕能力、高擊穿電場、高熱導率、高電子飽和速率、高抗輻射能力，使得GaN為代表的Ⅲ-Ⅵ族材料成為新興半導體產業的基礎器件和核心材料，被譽為IT產業的發動機。GaN基材料是現代發光二極管的基石，已經實現工業化生產、在背光源、照明、景觀燈等方面都有應用，具有高效、環保、節能、壽命長等顯著特點，是一種新型固態冷光源。

目前在LED的外延制備過程中，工業生產均采用異質外延的生長方式。但異質外延會對LED帶來不利影響，以藍寶石襯底為例：藍寶石和GaN材料之間存在很大的晶格失配和熱失配，加上生長時，外延片受到高溫產生的翹曲，使得片子生長表面不是一個理想的平面，這對LED外延片內波長集中度產生不利影響。鑒于此，有必要提供一種新的LED外延結構及生長方法以克服上述缺點。

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發明內容

本發明針對上述現有技術中存在的問題，提供一種改善GaN基外延片內波長集中度的外延結構及生長方法，通過在GaN非摻雜層后插入一層應力釋放層AL_xGa_1-xN(0.05<x<0.25)，可以限制缺陷在向有源區延伸的同時，減少外延片的翹曲程度，使得材料在生長時，接近理想的平面，從而提高LED外延片內波長集中度，增強GaN基LED外延的良率。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種改善GaN基外延片內波長集中度的外延結構，該外延結構從下向上的順序依次為：襯底、低溫GaN緩沖層、GaN非摻雜層、AL_xGa_1-xN插入層、N型GaN層、多量子阱結構MQW、多量子阱有源層、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫P型GaN層和P型接觸層；其特征在于，在所述GaN非摻雜層后插入一層AL_xGa_1-xN層，其中0.05<x<0.25。

一種改善GaN基外延片內波長集中度的外延結構的生長方法，在所述GaN非摻雜層后插入一層AL_xGa_1-xN層的方法是：當AL_xGa_1-xN層插入外延結構以后，在生長GaN非摻雜層時，該GaN非摻雜層流量相對不插入AL_xGa_1-xN層的情況減少10%~30%；在插入AL_xGa_1-xN層以后生長N型GaN層時，該N型GaN層流量相對不插入所述AL_xGa_1-xN層的情況減少0~20%。

所述AL_xGa_1-xN層的插入生長厚度保持在0-1μm之間。

本發明的優點在于，通過在GaN非摻雜層后插入一層應力釋放層AL_xGa_1-xN(0.05<x<0.25)的方法，一方面，可以降低GaN非摻雜的厚度，另一方面可以限制缺陷在向有源區延伸的同時，減少外延片的翹曲程度，從而提高LED外延片內波長集中度，增強GaN基LED外延的良率。

附圖說明

圖1是本發明所提供的LED外延結構示意圖。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。