[發明專利]一種GaN基LED外延結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201410777943.5
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104393130A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 聚燦光電科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術領域

本發明涉及半導體發光器件技術領域，特別是涉及一種GaN基LED外延結構及其制備方法。

背景技術

發光二極管(Light-Emitting?Diode，LED)是一種能發光的半導體電子元件。這種電子元件早在1962年出現，早期只能發出低光度的紅光，之后發展出其他單色光的版本，時至今日能發出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當的光度。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等；隨著技術的不斷進步，發光二極管已被廣泛的應用于顯示器、電視機采光裝飾和照明。

目前，商業化大規模LED外延片制備多采用MOCVD方式制成。由于缺乏與GaN晶格匹配的襯底，GaN基LED外延片都是采用異質外延的方式在其他材料的襯底上制備而成。常用異質外延襯底為藍寶石(Al₂O₃)、碳化硅(SiC)等；由于GaN與襯底之間的晶格失配及熱膨脹系數差異均很大，無法直接生長高質量的GaN外延結構。

現有常規的GaN基LED外延結構一般采用兩步生長法，以藍寶石襯底為例，先在低溫環境下(400℃～700℃)生長一層底層GaN成核層，該層由于在低溫下生長，未能形成二維層狀生長，但可形成GaN成核晶種，為下一步形成高質量的二維層狀生長奠定成核條件；其次升高溫度至1000℃以上，配合以適當的生長速率及五三比，即可形成較高質量的GaN層結構；最后，在此較高質量的未摻雜的GaN結構層上，繼續生長出n-GaN層，MQW有源層及p-GaN層，形成完整的GaN基LED外延結構。

盡管上述兩步生長法可以規避由于襯底與GaN晶格失配及熱失配差異很大從而造成的GaN結晶質量不高、翹曲應力大的問題，已經取得不錯效果，且被廣泛應用于商業化規模生產中，但采用該制備方式仍然存在一些問題。例如，低溫GaN成核層和高溫非摻雜GaN緩沖層生長后，其表面平整度只能達到幾十個nm級的相對高度差，代表其GaN結晶性仍未有更高質量的改善，這點在高功率器件制作上，表現尤為明顯。另一方面，為了降低LED生產成本，現有商業化生產越來越多地引入更大尺寸的外延壘晶及芯片制程技術，如從現有2英寸襯底及外延片向4英寸、6英寸以及8英寸的襯底及外延片發展，從而提高單位時間產出，大幅降低生產成本。更大尺寸的襯底及外延片，由于晶格不匹配及熱膨脹系數不匹配，會造成更大的翹曲及晶格應力，無法形成在原有的2英寸小尺寸外延片上實現的較好的二維層狀生長結構，導致GaN底層結晶性較低，表面粗糙度大，生長完全結構后，電性良率偏低，且波長良率低，最終無法實現更大尺寸外延片(如4英寸及以上)規模化量產。

因此，針對上述技術問題，有必要提供一種GaN基LED外延結構及其制備方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種GaN基LED外延結構及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明實施例提供的技術方案如下：

一種GaN基LED外延結構，所述GaN基LED外延結構依次包括：

襯底；

位于襯底上的GaN成核層；

位于GaN成核層上的超晶格緩沖層，所述超晶格緩沖層為由若干對AlGaN緩沖層/AlN緩沖層/GaN緩沖層交替堆疊組成的超晶格結構；

位于超晶格緩沖層上的非摻雜GaN層；

位于非摻雜GaN層上的N型GaN層；

位于N型GaN層上的多量子阱發光層；

位于多量子阱發光層上方的P型GaN層。

作為本發明的進一步改進，所述超晶格緩沖層為由2～10對AlGaN緩沖層/AlN緩沖層/GaN緩沖層交替堆疊組成的超晶格結構。

作為本發明的進一步改進，所述超晶格緩沖層的總厚度為10nm～40nm。

作為本發明的進一步改進，所述超晶格緩沖層中，AlGaN緩沖層的總厚度為5nm～25nm，AlN緩沖層的總厚度為1nm～5nm，GaN緩沖層的總厚度為2nm～15nm。

作為本發明的進一步改進，所述AlGaN緩沖層中的Al組份含量為10％-50％。

作為本發明的進一步改進，所述P型GaN層上方還包括P型GaN接觸層。

相應地，一種GaN基LED外延結構的制備方法，所述制備方法包括：

S1、提供一襯底；

S2、在襯底上生長GaN成核層；

S3、在GaN成核層上生長超晶格緩沖層，所述超晶格緩沖層為由若干對AlGaN緩沖層/AlN緩沖層/GaN緩沖層交替堆疊組成的超晶格結構；

S4、在超晶格緩沖層上生長非摻雜GaN層；