一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)及外延生長方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)及外延生長方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，簡(jiǎn)稱LED)的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的空穴與電子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。
[0003]目前生產(chǎn)GaN基LED所用的襯底80%使用藍(lán)寶石(Al2O3)襯底，然而Al2O3與GaN的晶格失配和熱膨脹系數(shù)差異都很大，在外延生長過程中，引入了大量的晶格缺陷并產(chǎn)生了應(yīng)力。這些位錯(cuò)往往會(huì)沿著晶格通過PN結(jié)中的發(fā)光層延伸到外延結(jié)構(gòu)表面，形成穿透位錯(cuò)，使得LED的晶體質(zhì)量變差，局部電流容易過大而造成失效，抗靜電能力差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)大量的位錯(cuò)造成LED抗靜電能力差的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)及外延生長方法。所述技術(shù)方案如下:
[0005]—方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，所述外延結(jié)構(gòu)包括藍(lán)寶石襯底、以及依次層疊在所述藍(lán)寶石襯底上的GaN緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、淺講層、多量子阱層、低溫P型GaN層、P型AlGaN電子阻擋層、高溫P型GaN層、P型GaN接觸層，所述外延結(jié)構(gòu)還包括層疊在所述藍(lán)寶石襯底和所述GaN緩沖層之間的AlxGanN緩沖層，0.3 < x<0.8。
[0006]可選地，所述AlxGapxN緩沖層的厚度為2?8nm。
[0007]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延生長方法，所述外延生長方法包括:
[0008]在藍(lán)寶石襯底上生長AlxGai—xN緩沖層，0.3 ^ x ^ 0.8;
[0009]對(duì)所述AlxGa1-XN緩沖層進(jìn)行高溫退火處理；
[0010]在所述AlxGahN緩沖層上生長GaN緩沖層；
[0011]在所述GaN緩沖層上生長未摻雜GaN層；
[0012]在所述未摻雜GaN層上生長N型GaN層；
[0013]在所述N型GaN層上生長淺阱層；
[0014]在所述淺阱層上生長多量子阱層；
[0015]在所述多量子阱層上生長低溫P型GaN層；
[0016]在所述低溫P型GaN層上生長P型AlGaN電子阻擋層；
[0017]在所述P型AlGaN電子阻擋層上生長高溫P型GaN層；
[0018]在所述高溫P型GaN層上生長P型GaN接觸層。
[0019]可選地，所述AlxGa1-XN緩沖層的厚度為2?8nm。
[0020]可選地，所述AlxGa1-XN緩沖層的生長溫度為500?650°C。
[0021]可選地，所述AlxGa1-XN緩沖層的生長壓力為50?200Torr。
[0022]可選地，所述高溫退火處理的溫度為1000?1100°C。
[0023 ] 可選地，所述高溫退火處理的時(shí)間為3?I Omin。
[0024]可選地，在所述在藍(lán)寶石襯底上生長AlxGa1-A緩沖層之前，所述外延生長方法還包括:
[0025]將所述藍(lán)寶石襯底在1000?1200 °(:的出氣氛里進(jìn)行高溫清潔處理5?20min，并進(jìn)行氮化處理。
[0026]可選地，在所述高溫P型GaN層上生長P型接觸層之后，所述外延生長方法還包括:
[0027]在600?900°C的PN2氣氛里進(jìn)行退火處理10?30min，并將溫度逐漸降至室溫。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0029]通過在主要成分為Al2O3的藍(lán)寶石襯底和GaN緩沖層之間設(shè)置AlxGaixN緩沖層，可以有效減緩因Al2O3和GaN之間晶格失配產(chǎn)生的缺陷和位錯(cuò)，減少發(fā)光二極管的漏電通道，提高發(fā)光二極管的抗靜電能力。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種發(fā)光二極管的外延生長方法的流程圖；
[0033]圖3是本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種發(fā)光二極管的外延生長方法的流程圖；
[0034]圖4是本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種發(fā)光二極管的外延生長方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0036]實(shí)施例一
[0037]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，參見圖1，該外延結(jié)構(gòu)包括藍(lán)寶石襯底1、以及依次層疊在藍(lán)寶石襯底I上的AlxGapxN緩沖層2、GaN緩沖層3、未摻雜GaN層4、N型GaN層5、淺阱層6、多量子阱層7、低溫P型GaN層8、P型AlGaN電子阻擋層9、高溫P型GaN層
10、P 型GaN 接觸層11，0.3<χ<0.8。
[0038]在本實(shí)施例中，淺阱層6和多量子阱層7均包括交替層疊的InGaN層和GaN層。
[0039]可選地，AlxGa1-ΧΝ緩沖層2的厚度可以為2?8nm。當(dāng)AlxGa1-ΧΝ緩沖層2的厚度小于2nm時(shí)，無法有效緩解Al2O3和GaN之間的晶格失配；當(dāng)AlxGapxN緩沖層2的厚度大于8nm時(shí)，會(huì)造成浪費(fèi)，提高生產(chǎn)成本。
[0040]可選地，GaN緩沖層3的厚度可以為10?30nm，V/III比為100?400。[0041 ] 可選地，未摻雜GaN層4的厚度可以為I?2μπι，V/III比為200?3000。
[0042]可選地，N型GaN層5的厚度可以為1.5?3.5μπι，ν/ΙΙΙ比為400?3000。
[0043]可選地，淺講層6中InGaN層和GaN層的層數(shù)之和可以為10?40層。
[0044]可選地，淺講層6中InGaN層的厚度可以為I?4nm，，V/III比為100?500;淺講層6中GaN層的厚度可以為10?30nm，V/III比為100?500。
[0045]可選地，多量子阱層7中InGaN層和GaN層的層數(shù)之和可以為12?30層。
[0046]可選地，多量子阱層7中InGaN層的厚度可以為2?5nm，V/III比為100?500;多量子阱層7中GaN層的厚度可以為5?15nm，V/III比為100?500。
[0047]可選地，低溫P型GaN層8的厚度可以為30?120nm，V/III比為1000?4000。
[0048]可選地，P型AlGaN電子阻擋層9的厚度可以為50?150nm，V/III比為1000?10000。
[0049]可選地，高溫P型GaN層10的厚度可以為50?150nm，V/III比為500?4000。
[0050]可選地，P型GaN接觸層11的厚度可以為3?10nm，V/III比為10000?20000。
[0051 ] 在本實(shí)施例中，V/III比為V價(jià)原子與m價(jià)原子的摩爾比。
[0052]本發(fā)明實(shí)施例通過在主要成分為Al2O3的藍(lán)寶石襯底和GaN緩沖層之間設(shè)置AlxGapxN緩沖層，可以有效減緩因Al2O3和GaN之間晶格失配產(chǎn)生的缺陷和位錯(cuò)，減少發(fā)光二極管的漏電通道，提高發(fā)光二極管的抗靜電能力。
[0053]實(shí)施例二
[0054]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延生長方法，是實(shí)施例一提供的發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，參見圖2，該外延生長方法包括:
[0055]步驟201:將藍(lán)寶石襯底在1000?1200°C的H2氣氛里進(jìn)行高溫清潔處理5?20min，并進(jìn)行氮化處理。
[0056]步驟202:將溫度下降到500?550°C，在50?200Torr的生長壓力下生長厚度為4?8nm的AlxGa1-XN緩沖層(0.3 < x < 0.5)。
[0057]步驟203:將溫度上升至1000?1100°C，對(duì)AlxGapxN緩沖層進(jìn)行3?6min的高溫退火處理。
[0058]步驟204:將溫度下降到450?600°C，在100?200Torr的生長壓力下生長20?30nm、V/III比為100?400的GaN緩沖層。
[0059]步驟205:將溫度上升至1000?1200°C，在100?500Torr的生長壓力下生長厚度為I?2μπι、ν/ΙΙΙ比為200?3000的未摻雜GaN層。
[0060]步驟206:將溫度調(diào)節(jié)至950?1150°C，在300?500Torr的生長壓力下生長厚度為1.5?3.54111、￥/111比為400?3000的1^^^^層。
[0061]步驟207:交替生長5?20層厚度為I?4nm、V/m比為500?10000的InyGapyN層(O<y<0.1)和5?20層厚度為10?30nm、V/ΙΠ比為500?10000的GaN層，形成淺講層，InyGai一yN層的生長溫度為750?850°C，生長壓力為100?500Torr，GaN層的生長溫度為850?950°C，生長壓力為100?5OOTorr13
[0062]步驟208:交替生長6?15層厚度為2?5nm、V/m比為2000?20000的InzGapzN層(0.2〈z〈0.5)和6?15層厚度為5?15nm、V/ΙΠ比為2000?20000的GaN層，形成多量子阱層，InzGa1-ZN層的生長溫度為700?850°C，生長壓力為100?500Torr，GaN層的生長溫度為850?％0°C，生長壓力為100?5OOTorr0
[0063]步驟209:將溫度調(diào)節(jié)至700?800°C，在100?600Torr的生長壓力下生長30?120nm、V/III比為1000?4000的低溫P型GaN層，生長時(shí)間為3?15min。
[0064]步驟210:將溫度升高至900?1000°C，在50?300Torr的生長壓力下生長50?150nm、V/III比為1000?10000的P型AlGaN電子阻擋層，生長時(shí)間為4?15min。
[0065]步驟211:將溫度調(diào)節(jié)至900?1050°C，在100?500Torr的生長壓力下生長50?150nm、V/III比為500?4000的高溫P型GaN層，生長時(shí)間為10?20min。
[0066]步驟212:將溫度下降到700?850°C，在100?500Torr的生長壓力下生長3?10nm、V/III比為10000?20000的P型GaN接觸層，生長時(shí)間為0.5?5min。
[0067]步驟213:在600?900 °C的PN2氣氛里進(jìn)行退火處理10?30min，并將溫度逐漸降至室溫。
[0068]本發(fā)明實(shí)施例通過在主要成分為Al2O3的藍(lán)寶石襯底和GaN緩沖層之間設(shè)置AlxGapxN緩沖層，可以有效減緩因Al2O3和GaN之間晶格失配產(chǎn)生的缺陷和位錯(cuò)，減少發(fā)光二極管的漏電通道，提高發(fā)光二極管的抗靜電能力。
[0069]實(shí)施例三
[0070]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延生長方法，是實(shí)施例一提供的發(fā)光二極管的