一種GaN基LED的電子阻擋層結(jié)構(gòu)及其外延生長方法
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種GaN基LED外延生長方法。
【背景技術】
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[0002]以GaN為基本材料的III族氮化物是最重要的寬帶隙半導體材料體系之一，它們特有的帶隙范圍，優(yōu)良的光、電學性質(zhì)和優(yōu)異的材料機械性質(zhì)使其在光學器件，電子器件以及特殊條件下的半導體器件等領域有著廣泛的應用前景。早在上世紀70年代，研宄者們就對GaN基半導體材料進行了大量的研宄，到了 20世紀90年代，GaN材料的研宄在生長和P型摻雜方面都取得了巨大的突破，這使得對其研宄也引起了更大的興趣，目前已成為國際上的一大熱門研宄課題。目前傳統(tǒng)的GaN基LED外延生長結(jié)構(gòu)過程為:先在藍寶石襯底上生長一層低溫GaN緩沖層，然后接著高溫下生長一層未摻雜GaN，接著生長一層η型摻雜層，摻雜材料一般為硅烷，提供LED復合發(fā)光所需要的電子，然后接著生長幾個周期的厚度分別為3nm和15nm左右的InGaN/GaN量子阱和量子皇作為LED的發(fā)光層，η摻雜區(qū)的電子和P摻雜區(qū)的空穴在這個區(qū)域復合發(fā)光，接著繼續(xù)生長一層摻雜鎂的AlGaN層，Al組分一般較高且含量恒定。起到阻擋電子的作用，最后生長一層摻雜鎂的GaN層，這一層提供復合發(fā)光的空穴。
[0003]目前LED外延生長過程中，采用摻雜鎂的P型AlGaN層作為電子阻擋層(EBL)，避免多余的電子直接發(fā)射到P層從而影響電子和空穴的有效復合效率，通過生長P型AlGaN層，能夠阻擋住多余發(fā)射電子進入P層，可提升發(fā)光效率。但是這種生長方法同時引入一些問題，如直接生長高Al的P型AlGaN層會使得材料界面產(chǎn)生嚴重晶格失配和大的應力，從而影響發(fā)光層能帶發(fā)生較大畸變，造成電子和空穴復合量降低；同時目前的高Al組分P型AlGaN層會使得P層空穴的注入勢能變高，不利于空穴向量子阱有源區(qū)的注入，不但會降低光效，還會使電壓升高。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]為了解決目前生長的P型AlGaN電子阻擋層(EBL)產(chǎn)生的不利影響，本發(fā)明就EBL層提出一種新的生長結(jié)構(gòu)和方法。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]一種GaN基LED的電子阻擋層外延生長方法，所述電子阻擋層為P型AlGaN電子阻擋層，在InGaN/GaN量子講皇結(jié)構(gòu)層上外延生長，有別于現(xiàn)有技術的是:在P層AlGaN電子阻擋層的生長過程中控制Al組分的含量先升后降形成雙向漸變，即Al組分含量的時域曲線具有凸起(一個峰值)。
[0007]基于以上方案，本發(fā)明還作了如下參數(shù)優(yōu)化限定:
[0008]P型AlGaN電子阻擋層中Al組分含量的峰值為30% — 50%。
[0009]P型AlGaN電子阻擋層厚度為30_50nm，其中Al組分含量的峰值維持厚度占整個P型AlGaN電子阻擋層厚度的5% -15%，以2_5nm為佳。
[0010]雙向漸變的含量升高階段與含量降低階段相對稱。
[0011]Al組分雙向漸變采用均勻漸變或梯度漸變的形式。均勻漸變是由O線性增加再線性減小到O ;梯度變化例如:從0-20之間的某值開始持續(xù)生長一段時間，然后下一個梯度以20-40之間的某值持續(xù)生長一段時間，以此類推，直至到峰值梯度，再梯度遞減。
[0012]升高階段的起點和降低階段的終點的Al組分含量可相同，也可不同。對于均勻漸變方式，最好都由O開始均勻增加，然后增大到某值再均勻減小到0，其中從O增加到某值的增加速率和從某值減小到O的減小速率可以相同也可以不同。對于梯度漸變方式，最好自0-20之間的某值開始生長，到最后以0-20之間的某值結(jié)束生長，某值可以相同，也可以不同。
[0013]相應的，本發(fā)明還提供一種按照上述方法制得的GaN基LED的外延結(jié)構(gòu)，包括在藍寶石襯底上依次生長的低溫GaN緩沖層、高溫無摻雜GaN、摻雜硅烷的η型GaN層、InGaN/GaN量子講皇結(jié)構(gòu)層、P型AlGaN電子阻擋層以及摻雜鎂的ρ型GaN層；所述ρ層AlGaN電子阻擋層中Al組分雙向漸變，在中間階段層達到含量峰值。
[0014]上述Al組分雙向漸變最好采用均勻漸變或梯度漸變的形式。
[0015]應當認識到，該GaN基LED的外延結(jié)構(gòu)只是應用上述方法的一種產(chǎn)品示例，并非是對本發(fā)明適用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的限定。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]通過生長雙向Al組分變化的ρ型AlGaN電子阻擋層(DGEBL)，能夠更好的減少電子阻擋層和之前材料的界面極化和晶格適配，并且能夠降低P層空穴的注入勢能，極大的增大了有源區(qū)量子阱層的電子和空穴有效發(fā)光復合幾率，提升發(fā)光效率，同時也降低了正向電壓。
【附圖說明】
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[0018]圖1為外延整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為雙向Al組分均勻漸變型DGEBL的生長示意圖。
[0020]圖3為雙向Al組分梯度變化型DGEBL的生長示意圖。
【具體實施方式】
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[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳述。
[0022]本發(fā)明利用現(xiàn)有的金屬有機化合物化學氣相沉淀(MOCVD)設備和外延生長技術，采用三甲基鎵(TMGa)，三乙基鎵(TEGa)，和三甲基銦(TMIn),三甲基鋁(TMAl)和氨氣(NH3)硅烷(SiH4)和二茂鎂(cp2mg)分別提供生長所需要的鎵源，銦源，鋁源，和氮源，其中硅烷和鎂源分別用于η層和ρ層的摻雜。
[0023]先在藍寶石襯底上530°C左右生長一層低溫GaN緩沖層，接著在高溫下1020°C左右生長一層未摻雜的GaN，接著在1050°C左右生長一層摻雜硅烷的η型GaN層，然后生長8個周期左右的InGaN/GaN量子阱皇結(jié)構(gòu)層，然后接著生長雙向Al組分變化ρ型AlGaN電子阻擋層(DGEBL);最后生長一層摻雜鎂的ρ型GaN層。其中，ρ型AlGaN電子阻擋層生長過程優(yōu)選以下兩種模式:
[0024]一種是均勻漸變:生長的ρ層AlGaN電子阻擋層Al組分均勻逐漸升高然后再均勻逐漸降低。
[0025]另一種是梯度漸變:生長的ρ層AlGaN電子阻擋層Al組分是梯度變化，先幾個梯度的上升再幾個梯度減小。
[0026]實例一
[0027]如圖2，雙向Al組分均勻漸變型DGEBL外延結(jié)構(gòu)生長方法:
[0028]1.將藍寶石襯底特殊清洗處理后，放入MOCVD設備在1100°C烘烤8分鐘。
[0029]2.在溫度530°C生長一層厚度25nm的低溫GaN層，生長壓力為500torr。
[0030]3.升溫到1020°C生長一層高溫厚度1.0um的未摻雜GaN層，生長壓力為300torr。
[0031]4.在溫度