[發明專利]一種基于原位熱處理法的LED外延結構及其生長方法

在審

• 申請號: 202110937738.0
• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號: CN113644170A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 聚燦光電科技（宿遷）有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/06;H01L33/12;H01L33/14
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理有限公司 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本申請提供了一種基于原位熱處理法的LED外延結構及其生長方法，在所述應力釋放層上生長多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括周期交替生長的GaN量子壘層和InGaN量子阱層，且所述InGaN量子阱層由若干層InGaN量子阱層子層組成；通過多次的原位熱處理，使得InGaN外延材料中大部分的C、O等雜質在熱處理過程中被分解去除，且因為此原位熱處理時中斷外延生長，相當于在對已外延的InGaN材料表面進行原位熱退火，這促進了此原本晶格質量差的InGaN晶格得以充分的重組和盡可能地釋放此材料的內建應力，整體提高了InGaN量子阱層的晶格質量，提升了高In組分的GaN基LED的發光效率。

技術領域

本發明涉及發光二極管外延技術領域，尤其涉及一種基于原位熱處理法的LED外延結構及其生長方法。

背景技術

發光二極管(LED)具有體積小，壽命長，功耗低，亮度高，易集成化等諸多優點，基于氮化鎵(GaN)基材料，使用金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)設備進行外延GaN基LED技術已經得到廣泛的應用。GaN基LED其結構的關鍵發光結構通過改變摻入Al和In的組分可以使GaN基LED實現從紫外(UV)波段到綠光波段的LED的量產化。其中，通過增加GaN中In元素的組分可以進一步使GaN基LED實現不同波長的發射。

但由于In原子的蒸汽壓比Ga原子高，使用MOCVD設備基于Si襯底或藍寶石襯底外延GaN基材料時，提高In的組分需要降低其外延溫度，而降低外延溫度會降低InGaN材料的晶格質量，再加上InGaN的晶格常數要比GaN的晶格常數大，外延過程中內建應力隨In組分越高而越大，從而造成在外延高In組分的GaN基LED至發光層的InGaN材料品質惡化嚴重，表現為表面不平整、凹坑密集，并且In元素摻入不均勻，C、O等雜質過高等異常；最終導致高In組分的GaN基LED的發光強度極弱甚至不發光。

發明內容

為克服現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于原位熱處理法的LED外延結構及其生長方法，以確保InGaN外延材料中大部分的C、O等雜質在熱處理過程中被分解去除，促進原本晶格質量差的InGaN晶格得以充分的重組和盡可能地釋放此材料的內建應力，從而整體提高了此核心發光材料層InGaN的晶格質量，解決了高In組分的GaN基LED的發光效率低的問題。

一方面，本申請提供了一種基于原位熱處理法的LED外延結構的生長方法，包括：

在襯底上依次生長緩沖層和N型電子注入層；

在所述N型電子注入層上生長應力釋放層；

在所述應力釋放層上生長多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括周期交替生長的GaN量子壘層和InGaN量子阱層，且所述InGaN量子阱層由若干層InGaN量子阱層子層組成；

在所述多量子阱有源層上依次生長電子阻擋層、P型空穴注入層以及歐姆接觸層。

在所述應力釋放層上生長多量子阱有源層包括：

在所述應力釋放層上生長GaN量子壘層；

在GaN量子壘層上生長InGaN量子阱層，所述InGaN量子阱層由若干層經過原位熱處理的InGaN量子阱層子層組成，所述InGaN量子阱層子層的層數至少為2層；

判斷所述InGaN量子阱層是否達到預設層數；

若未達到預設層數，在最頂端的所述InGaN量子阱層上重復周期交替生長GaN量子壘層和InGaN量子阱層，直到達到預設層數。

若達到預設層數，在最頂層的所述InGaN量子阱層上生長GaN量子壘層，得到多量子阱有源層。

所述在GaN量子壘層上生長InGaN量子阱層，具體包括以下步驟：

在所述GaN量子壘層上生長InGaN量子阱層子層，得到第一層InGaN量子阱層子層；