Led芯片的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種LED芯片的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法，其中，所述外延結(jié)構(gòu)依次包括襯底、GaN緩沖層、GaN非摻雜層、N型GaN層、量子阱層、P型GaN層、接觸層，其特征在于，所述量子阱層包括勢(shì)阱層和GaN勢(shì)壘層，所述勢(shì)阱層包括InxGa(1-x)N層、以及形成于所述InxGa(1-x)N層中的AlxGa(1-x)N層。本發(fā)明在通過在InxGa(1-x)N層中插入AlxGa(1-x)N層，便于量子阱結(jié)構(gòu)在生長(zhǎng)的過程中，應(yīng)力的互補(bǔ)和釋放，從而提高晶體的質(zhì)量和發(fā)光效率，提高LED芯片的亮度。
【專利說明】LED芯片的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種LED芯片的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light-Emitting D1de, LED)是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時(shí)至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當(dāng)?shù)墓舛?。而用途也由初時(shí)作為指示燈、顯示板等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)光二極管已被廣泛的應(yīng)用于顯示器、電視機(jī)采光裝飾和照明。
[0003]GaN作為第三代半導(dǎo)體材料代表之一，具有直接帶隙、寬禁帶、高飽和電子漂移速度、高擊穿電場(chǎng)和高熱導(dǎo)率等優(yōu)異性能，在微電子應(yīng)用方面得到了廣泛的關(guān)注。但是GaN在生長(zhǎng)過程中，由于晶格的失配，會(huì)影響到晶體的質(zhì)量，從而降低了量子阱的發(fā)光效率，造成LED芯片亮度的下降。
[0004]因此，針對(duì)上述技術(shù)問題，有必要提供進(jìn)一步的解決方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種LED芯片的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)依次包括襯底、GaN緩沖層、GaN非摻雜層、N型GaN層、量子阱層、P型GaN層、接觸層，所述量子阱層包括勢(shì)阱層和GaN勢(shì)壘層，所述勢(shì)阱層包括InxGa(1_x)N層、以及形成于所述InxGa(1_x)N層中的AlxGa(1_x)N層。
[0008]作為本發(fā)明的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，所述AlxGa(1_x)N層的厚度為
0.1-1.0nm0
[0009]作為本發(fā)明的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，所述AlxGa(1_x)N層中，x取值介于O和I之間。
[0010]作為本發(fā)明的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，所述InxGa(1_x)N層中，x取值介于O和I之間。
[0011]作為本發(fā)明的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，所述P型GaN層包括低溫P型GaN層和高溫P型GaN層。
[0012]作為本發(fā)明的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，所述量子阱層和低溫P型GaN層之間還形成有InAlGaN/AlGaN超晶格電流阻擋層。
[0013]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，其包括如下步驟:
[0014]S1.提供襯底；
[0015]S2.在襯底上外延生長(zhǎng)GaN緩沖層；
[0016]S3.在GaN緩沖層上外延生長(zhǎng)GaN非摻雜層；
[0017]S4.在GaN非摻雜層上外延生長(zhǎng)N型GaN層；
[0018]S5.在N型GaN層上外延生長(zhǎng)量子阱層，所述勢(shì)阱層包括生長(zhǎng)的InxGa(1_x)N層、以及生長(zhǎng)于所述InxGa(1_x)N層中的AlxGa(1_x)N層；
[0019]S6.在量子阱層上外延生長(zhǎng)P型GaN層；
[0020]S7.在P型GaN層上外延生長(zhǎng)接觸層。
[0021]作為本發(fā)明的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法的改進(jìn)，所述步驟S5中，形成的AlxGa(1_x)N 層的厚度為 0.1-1.0nm。
[0022]作為本發(fā)明的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法的改進(jìn)，所述步驟S5中，所述AlxGa(1_x)N層的X的取值介于O和I之間。
[0023]作為本發(fā)明的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法的改進(jìn)，所述步驟S5中，所述InxGa(1_x)N層的x的取值介于O和I之間。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0025]通過插入AlxGa(1_x)N層，便于量子阱結(jié)構(gòu)在生長(zhǎng)的過程中，應(yīng)力的互補(bǔ)和釋放，從而提聞晶體的質(zhì)量和發(fā)光效率，提聞LED芯片的売度；
[0026]通過控制Al組分和AlXGa(1-X)N插入層的厚度，可以調(diào)整量子阱層中的能帶結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到精確調(diào)整控制量子阱的應(yīng)力，減小極化效應(yīng)影響的目的；
[0027]通過控制AlxGa (1-x) N層在量子阱層中的不同位置，可以最大程度提高電子和空穴波函數(shù)的重疊概率；
[0028]通過控制AlXGa(1-X)N層在量子阱層中的不同位置，可以更好的適用不同寬度的量子阱，從而可以適應(yīng)各種電流密度的芯片，有效提升內(nèi)量子效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)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)明中記載的一些實(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。
[0030]圖1為本發(fā)明的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)一【具體實(shí)施方式】的平面示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法的一【具體實(shí)施方式】的方法流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0033]此外，在不同的實(shí)施例中可能使用重復(fù)的標(biāo)號(hào)或標(biāo)示。這些重復(fù)僅為了簡(jiǎn)單清楚地?cái)⑹霰景l(fā)明，不代表所討論的不同實(shí)施例及/或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)聯(lián)性。
[0034]本發(fā)明公開了一種LED芯片的外延結(jié)構(gòu)，所述外延結(jié)構(gòu)依次包括襯底、GaN緩沖層、GaN非摻雜層、N型GaN層、量子阱層、P型GaN層、接觸層，所述量子阱層包括勢(shì)阱層和GaN勢(shì)魚層,所述勢(shì)講層包括InxGa(1_x)N層、以及形成于所述InxGa(1_x)N層中的AlxGa(1_x)N層。
[0035]優(yōu)選地，所述AlxGa(1_x)N層的厚度為0.1-1.0nm，其中，x取值介于O和I之間。
[0036]基于相同的技術(shù)構(gòu)思,本發(fā)明還公開了一種LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法,該方法包括如下步驟:
[0037]S1.提供襯底；
[0038]S2.在襯底上外延生長(zhǎng)GaN緩沖層；
[0039]S3.在GaN緩沖層上外延生長(zhǎng)GaN非摻雜層；
[0040]S4.在GaN非摻雜層上外延生長(zhǎng)N型GaN層；
[0041]S5.在N型GaN層上外延生長(zhǎng)量子阱層，所述勢(shì)阱層包括生長(zhǎng)的InxGa(1_x)N層、以及生長(zhǎng)于所述InxGa(1_x)N層中的AlxGa(1_x)N層；
[0042]S6.在量子阱層上外延生長(zhǎng)P型GaN層；
[0043]S7.在P型GaN層上外延生長(zhǎng)接觸層。
[0044]以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0045]如圖1所示，本發(fā)明的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)依次包括:襯底10、GaN緩沖層20、GaN非摻雜層30、N型GaN層40、量子阱層50、P型GaN層60、接觸層70。
[0046]其中，襯底10可以為藍(lán)寶石、S1、SiC、GaN、ZnO等，優(yōu)選地，該襯底10為藍(lán)寶石襯。
[0047]GaN緩沖層20可被設(shè)置為一層或多層，優(yōu)選地，該GaN緩沖層20為低溫GaN緩沖層，此時(shí)，GaN非摻雜層30位于低溫GaN緩沖層20上，N型GaN層40位于GaN非摻雜層30上。
[0048]量子阱層50具體包括勢(shì)阱層51和GaN勢(shì)壘層52，其中，勢(shì)阱層51不僅包括InxGa(1_x)N層 511，還包括形成于所述 InxGa(1_x)N層 511 中的 AlxGa(1_x)N層 512。從而，AlxGa(1_x)N層512兩側(cè)為InxGa(1_x)N層511，形成一三明治結(jié)構(gòu)。其中，所述AlxGa(1_x)N層的厚度為
0.1-1.0_，所述六1!^&(1_!^層中，1取值介于0和1之間。優(yōu)選地，X介于0.5%-10%之間。所述InxGa(1_x)N層中，X取值介于O和I之間。
[0049]上述在InxGa(1_x)N層511中插入AlxGa(1_x)N層512的目的在于，使量子阱在生長(zhǎng)過程中，可使應(yīng)力互補(bǔ)，從而更好的釋放應(yīng)力。同時(shí)，在插入AlxGa(1_x)N層過程中，通過控制Al組分和AlXGa(1-X)N插入層的厚度，可以調(diào)整量子阱層中的能帶結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到精確調(diào)整控制量子阱的應(yīng)力，減小極化效應(yīng)影響的目的。此外，通過控制AlxGa (1-x) N層在量子阱層中的不同位置，不僅可以最大程度提高電子和空穴波函數(shù)的重疊概率；還可以更好的適用不同寬度的量子阱，從而適應(yīng)各種電流密度的芯片，可以有效提升內(nèi)量子效率。
[0050]接觸層70生長(zhǎng)于P型GaN層60上，進(jìn)一步地，本實(shí)施方式中，P型GaN層60包括低溫P型GaN層和高溫P型GaN層。此外，在量子阱層和低溫P型GaN層之間還形成有InAlGaN/AlGaN超晶格電流阻擋層。
[0051]如圖2所示，相應(yīng)地，本發(fā)明還介紹了一種LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，該方法包括如下步驟:
[0052]S1.提供襯底。
[0053]其中，提供的襯底優(yōu)選為藍(lán)寶石襯底。
[0054]S2.在襯底上外延生長(zhǎng)GaN緩沖層。
[0055]其中，在520°C溫度下，在襯底上外延生長(zhǎng)20_30nm厚度的GaN緩沖層。
[0056]S3.在GaN緩沖層上外延生長(zhǎng)GaN非摻雜層。
[0057]S4.在GaN非摻雜層上外延生長(zhǎng)N型GaN層。
[0058]S5.在N型GaN層上外延生長(zhǎng)量子阱層，所述勢(shì)阱層包括生長(zhǎng)的InxGa(1_x)N層、以及生長(zhǎng)于所述InxGa(1_x)N層中的AlxGa(1_x)N層。
[0059]其中，在外延生長(zhǎng)量子阱層過程中，通過對(duì)Al組分的含量、以及AlxGa(1_x)N層的插入位置進(jìn)行控制，可以獲得具有不同結(jié)構(gòu)特性的量子阱層。上述形成的AlxGa(1_x)N層的厚度范圍為0.l-1.0nm，AlxGa(1_x)N層的X的取值介于O和I之間，優(yōu)選地，x介于0.5% -10%之間。InxGa(1_x)N層中X的取值介于O和I之間。本實(shí)施方式中，量子阱層的生長(zhǎng)溫度控制在740-760。。。
[0060]S6.在量子阱層上外延生長(zhǎng)P型GaN層。
[0061]其中，P型GaN層包括:低溫P型GaN層和高溫P型GaN層。此外，在生長(zhǎng)P型GaN層之前，步驟S6還包括在量子阱層上外延生長(zhǎng)電流阻擋層，具體地，該電流阻擋層為InAlGaN/AlGaN超晶格電流阻擋層。然后，在電流阻擋層上再依次生長(zhǎng)上述低溫P型GaN層和高溫P型GaN層。
[0062]S7.在P型GaN層上外延生長(zhǎng)接觸層。
[0063]本生長(zhǎng)方法中，可以高純氫氣或氮?dú)庾鳛檩d氣，以三甲基鎵(TMGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga源、Al源、In源和N源進(jìn)行外延生長(zhǎng)。在其他實(shí)施方式中，也可以根據(jù)需要采用其他Ga源等進(jìn)行生長(zhǎng)。
[0064]綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0065]通過插入AlxGa(1_x)N層，便于量子阱結(jié)構(gòu)在生長(zhǎng)的過程中，應(yīng)力的互補(bǔ)和釋放；
[0066]通過控制Al組分和AlXGa(1-X)N插入層的厚度，可以調(diào)整量子阱層中的能帶結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到精確調(diào)整控制量子阱的應(yīng)力，減小極化效應(yīng)影響的目的；
[0067]通過控制AlxGa (1-x) N層在量子阱層中的不同位置，可以最大程度提高電子和空穴波函數(shù)的重疊概率；
[0068]通過控制AlXGa(1-X)N層在量子阱層中的不同位置，可以更好的適用不同寬度的量子阱，從而可以適應(yīng)各種電流密度的芯片，有效提升內(nèi)量子效率。
[0069]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0070]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種LED芯片的外延結(jié)構(gòu)，所述外延結(jié)構(gòu)依次包括襯底、GaN緩沖層、GaN非摻雜層、N型GaN層、量子阱層、P型GaN層、接觸層，其特征在于，所述量子阱層包括勢(shì)阱層和GaN勢(shì)魚層，所述勢(shì)講層包括InjjGad-yN層、以及形成于所述InxGad^N層中的AlxGa(Px)N層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述AlxGa(1_x)N層的厚度為 0.1-1.0nm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述AlxGa(1_x)N層中，X取值介于O和I之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述InxGa(1_x)N層中，X取值介于O和I之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述P型GaN層包括低溫P型GaN層和高溫P型GaN層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述量子阱層和低溫P型GaN層之間還形成有InAlGaN/AlGaN超晶格電流阻擋層。
7.—種LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述生長(zhǎng)方法包括如下步驟: 51.提供襯底； 52.在襯底上外延生長(zhǎng)GaN緩沖層； 53.在GaN緩沖層上外延生長(zhǎng)GaN非摻雜層； 54.在GaN非摻雜層上外延生長(zhǎng)N型GaN層； 55.在N型GaN層上外延生長(zhǎng)量子阱層，所述勢(shì)阱層包括生長(zhǎng)的InxGa(1_x)N層、以及生長(zhǎng)于所述InxGa(1_x)N層中的AlxGa(1_x)N層； 56.在量子阱層上外延生長(zhǎng)P型GaN層； 57.在P型GaN層上外延生長(zhǎng)接觸層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述步驟S5中，形成的AlxGaa_x)N層的厚度為0.1-1.0nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述步驟S5中，所述AlxGa(1_x)N層的X的取值介于O和I之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED芯片的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述步驟S5中，所述InxGa(1_x)N層的x的取值介于O和I之間。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK104393129SQ201410620659
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】陳偉, 陳立人 申請(qǐng)人:聚燦光電科技(蘇州)有限公司