[發(fā)明專利]一種提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結構

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810054451.1
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108365063A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發(fā)明（設計）人: 孫一軍;程志淵;周強;孫穎;孫家寶;劉艷華;王妹芳;盛況
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/32;H01L33/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結構，所述外延結構為由藍寶石襯底、Al₂O₃緩沖層、低溫GaN緩沖層、非故意摻雜高溫GaN層、n型GaN層、InGaN/GaN多量子阱層、p型AlGaN層和p型GaN層依次層疊的層疊結構。本發(fā)明在藍寶石襯底與低溫GaN緩沖層之間具有Al₂O₃緩沖層，通過Al₂O₃緩沖層和低溫GaN緩沖層的雙層緩沖作用，提高GaN材料的晶體質量，從而提高LED的發(fā)光效率。

技術領域

本發(fā)明屬于半導體技術領域，具體涉及一種提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結構。

背景技術

GaN基LED由于具有光電轉換效率高、壽命長、損耗低、無污染等顯著優(yōu)勢，近些年來得到了突飛猛進的發(fā)展。在GaN基LED技術的發(fā)展過程中，整個產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)關鍵技術的應用為GaN基LED的產(chǎn)業(yè)化及其應用創(chuàng)造了條件。其中，外延技術對GaN基LED至關重要。外延技術的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個突破，第一個突破是低溫緩沖層技術的應用，使得GaN材料的晶體質量迅速提高，從此GaN材料的晶體質量實現(xiàn)了飛躍；第二個突破是p型GaN材料的成功制備，這為GaN基LED的大規(guī)模生產(chǎn)掃除了障礙；第三個突破是藍寶石圖形襯底的應用，使得GaN基LED的亮度大幅提高，為GaN基LED的大規(guī)模應用創(chuàng)造了條件。低溫緩沖層技術的關鍵是制備低溫GaN或AlN緩沖層，調節(jié)藍寶石襯底與GaN的晶格失配，從而提高GaN材料的晶體質量，提高GaN基LED的發(fā)光效率。關于緩沖層結構，中國專利申請CN103296161A提出一種GaN基LED超晶格緩沖層結構，該超晶格緩沖層結構為由多個GaN層及多個Al_1-xGa_xN層相互交替的層疊結構，其中，0.01≤x≤1，且各Al_1-xGa_xN層中Ga組分x隨層疊數(shù)的增加而遞增。該專利僅采用GaN或AlN材料做緩沖層，緩沖效果有限。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有緩沖層技術存在的不足，提出一種提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結構。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結構，所述提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結構為由藍寶石襯底、Al₂O₃緩沖層、低溫GaN緩沖層、非故意摻雜高溫GaN層、n型GaN層、InGaN/GaN多量子阱層、p型AlGaN層和p型GaN層依次層疊的層疊結構。

進一步地，所述藍寶石襯底為藍寶石平面襯底或藍寶石圖形襯底。

進一步地，所述Al₂O₃緩沖層由單層或多層Al₂O₃薄膜構成。

進一步地，所述Al₂O₃緩沖層的厚度為h，0＜h＜100nm。

進一步地，它通過以下方法制備得到：

(1)將原子層沉積系統(tǒng)反應室抽真空，待壓力小于2x10^-5Torr后，把藍寶石襯底從送樣室轉移至反應室，將反應室溫度升高至200℃，以Ar為載氣，以三甲基鋁和水為反應源，待溫度穩(wěn)定后開始生長Al₂O₃，周期數(shù)為1～1250，厚度為h，0＜h＜100nm。待生長完成后，將具有Al₂O₃緩沖層的藍寶石襯底在N₂氣氛下退火，退火溫度為400℃，時間為10min。

(2)將步驟1處理后的藍寶石襯底放入MOCVD反應室，在H₂氣氛下進行脫附后，將反應室溫度調整至540℃，打開NH₃和TMGa閥門，生長低溫GaN緩沖層，低溫GaN緩沖層的厚度為30nm。