本發(fā)明屬于半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域，特別是涉及一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)：

GaN基發(fā)光二極管(LED)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，相比傳統(tǒng)光源，發(fā)光二極管具有眾多優(yōu)勢(shì)，如節(jié)能，長(zhǎng)壽命，高光效，體積小等，正逐步成為一種重要的照明方式。

GaN基發(fā)光二極管的發(fā)光效率是目前衡量LED的一個(gè)重要的參數(shù)。但由于在藍(lán)寶石、SiC或Si襯底上生長(zhǎng)GaN基薄膜的過(guò)程中，晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的不同會(huì)導(dǎo)致GaN薄膜存在大量的外延缺陷。1991年中村修二先生提出了外延生長(zhǎng)之前，先生長(zhǎng)一層緩沖層，這種方法極大程度上較少了線(xiàn)性缺陷，奠定了GaN基發(fā)光二極管發(fā)展的基礎(chǔ)。

然而，雖然在外延生長(zhǎng)前先生長(zhǎng)一層緩沖層可以有效地降低減少線(xiàn)性缺陷，但并不能完全消除線(xiàn)性缺陷的存在，在現(xiàn)有的外延生長(zhǎng)工藝過(guò)程中，形成的外延結(jié)構(gòu)內(nèi)仍有大量的線(xiàn)性缺陷的存在。

因此，有必要提供一種新型的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，以抑制外延結(jié)構(gòu)中的線(xiàn)性缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中制備的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)中存在較多線(xiàn)性缺陷的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

提供生長(zhǎng)襯底，在所述生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)緩沖層；

采用非連續(xù)生長(zhǎng)工藝在所述緩沖層上生長(zhǎng)未摻雜的GaN層；

在所述未摻雜的GaN層上生長(zhǎng)N型GaN層；

在所述N型GaN層上生長(zhǎng)InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)；

在所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)；

在所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)上依次生長(zhǎng)AlGaN層、低溫P型層及P型電子阻擋層；

在所述P型電子阻擋層上生長(zhǎng)P型GaN層。

作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述生長(zhǎng)襯底為藍(lán)寶 石襯底、GaN襯底、硅襯底或碳化硅襯底。

作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述緩沖層為GaN、AlGaN或AlGaN與GaN形成的周期性結(jié)構(gòu)；所述緩沖層的生長(zhǎng)溫度為450℃～650℃，生長(zhǎng)厚度為15nm～50nm。

作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，采用非連續(xù)生長(zhǎng)工藝在所述緩沖層上依次生長(zhǎng)未摻雜的GaN層包括：

打開(kāi)Ga源，在所述緩沖層上生長(zhǎng)第一未摻雜GaN層；

關(guān)閉所述Ga源，中斷生長(zhǎng)一段時(shí)間；

再次打開(kāi)Ga源，繼續(xù)在所述第一未摻雜GaN層上生長(zhǎng)第二未摻雜GaN層。

作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，關(guān)閉Ga源中斷生長(zhǎng)的時(shí)間為10s～5mins。

作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述第一未摻雜的GaN層及所述第二未摻雜的GaN層的生長(zhǎng)溫度均為1000℃～1200℃。

作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，關(guān)閉Ga源中斷生長(zhǎng)的過(guò)程中，生長(zhǎng)環(huán)境內(nèi)持續(xù)通入NH₃。

作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述N型GaN層的生長(zhǎng)溫度為1000℃～1200℃；所述N型GaN層及所述未摻雜的GaN層的總生長(zhǎng)厚度為1.5μm～4.5μm；所述N型GaN層內(nèi)的摻雜元素為Si，Si的摻雜濃度為1e19cm^-3～9e19cm^-3。

作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)溫度為700℃～900℃；所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)的周期對(duì)數(shù)為3～30；InGaN勢(shì)阱中In組分的摩爾含量為1％～5％；InGaN勢(shì)阱的厚度為1nm～4nm，GaN勢(shì)壘的厚度為1nm～9nm。

作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)溫度為700℃～900℃；所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)的周期對(duì)數(shù)為5～18；InGaN勢(shì)阱中In組分的摩爾含量為15％～20％；InGaN勢(shì)阱的厚度為2nm～4nm，GaN勢(shì)壘的厚度為3nm～15nm。

作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述AlGaN層中Al組分的摩爾含量為2％～20％，所述AlGaN層的厚度范圍為20nm～35nm；所述P型電子阻擋層為P型AlGaN、P型AlInGaN或P型AlGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)；所述P型電子阻擋層的總厚度范圍為30nm～80nm，所述P型電子阻擋層中的摻雜元素為Mg，Mg摻雜濃度范圍為1e18cm^-3～1e19cm^-3。

作為本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述P型GaN層的厚度為30nm～150nm；所述P型GaN層中的摻雜元素為Mg，Mg的摻雜濃度為5e18cm^-3～1e20cm^-3。

如上所述，本發(fā)明的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，具有以下有益效果：采用非連續(xù)生長(zhǎng)工藝在所述緩沖層上依次生長(zhǎng)未摻雜的GaN層，可以有效地抑制外延結(jié)構(gòu)中的線(xiàn)性缺陷，進(jìn)而改善GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的發(fā)光效率。

附圖說(shuō)明

圖1顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的流程圖。

圖2顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中S1步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中S2步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中S3步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中S4步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中S5步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中S6步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8顯示為本發(fā)明GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法中S7步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明

1 生長(zhǎng)生長(zhǎng)襯底

2 緩沖層

3 未摻雜的GaN層

31 第一未摻雜的GaN層

32 第二未摻雜的GaN層

4 N型GaN層

5 InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)

6 InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)

7 AlGaN層

8 低溫P型層

9 P型電子阻擋層

10 P型GaN層

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請(qǐng)參閱圖1至圖8需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法包括一下步驟：

S1：提供生長(zhǎng)襯底，在所述生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)緩沖層；

S2：采用非連續(xù)生長(zhǎng)工藝在所述緩沖層上生長(zhǎng)未摻雜的GaN層；

S3：在所述未摻雜的GaN層上生長(zhǎng)N型GaN層；

S4：在所述N型GaN層上生長(zhǎng)InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)；

S5：在所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)；

S6：在所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)上依次生長(zhǎng)AlGaN層、低溫P型層及P型電子阻擋層；

S7：在所述P型電子阻擋層上生長(zhǎng)P型GaN層。

在步驟S1中，請(qǐng)參閱圖1中的S1步驟及圖2，提供生長(zhǎng)襯底1，將所述生長(zhǎng)襯底1置于一MOCVD爐內(nèi)，在所述生長(zhǎng)襯底1上形成緩沖層2。

作為示例，所述生長(zhǎng)襯底1可以為但不僅限于適合GaN及其半導(dǎo)體外延材料生長(zhǎng)的藍(lán)寶石襯底、GaN襯底、硅襯底或碳化硅襯底。

作為示例，所述緩沖層2可以為GaN，也可以為AlGaN，還可以為AlGaN與GaN形成的周期性結(jié)構(gòu)；所述緩沖層2的生長(zhǎng)溫度為450℃～650℃，所述緩沖層2的生長(zhǎng)厚度為15nm～50nm。

在步驟S2中，請(qǐng)參閱圖1中的S2步驟及圖3，采用非連續(xù)生長(zhǎng)工藝在所述緩沖層2上生長(zhǎng)未摻雜的GaN層3。

作為示例，采用非連續(xù)生長(zhǎng)工藝在所述緩沖層2上依次生長(zhǎng)未摻雜的GaN層3包括：

S21：打開(kāi)Ga源，先在所述緩沖層2上生長(zhǎng)一定厚度的第一未摻雜GaN層31；

S22：關(guān)閉所述Ga源，中斷生長(zhǎng)一小段時(shí)間；

S23：再次打開(kāi)Ga源，繼續(xù)在所述第一未摻雜GaN層31上生長(zhǎng)第二未摻雜GaN層32。

作為示例，關(guān)閉Ga源中斷生長(zhǎng)的時(shí)間為10秒～5分鐘。

作為示例，所述第一未摻雜的GaN層及所述第二未摻雜的GaN層的生長(zhǎng)溫度均為1000℃～1200℃。

作為示例，關(guān)閉Ga源中斷生長(zhǎng)的過(guò)程中，生長(zhǎng)環(huán)境內(nèi)通入有NH₃。關(guān)閉Ga源中斷生長(zhǎng)的過(guò)程中，在生長(zhǎng)環(huán)境內(nèi)持續(xù)通入NH₃，NH₃的存在對(duì)所述第一未摻雜GaN層31的表面有一定的腐蝕作用，一定程度上阻斷了某些線(xiàn)性缺陷向外延層的延伸。

在步驟S3中，請(qǐng)參閱圖1中的S3步驟及圖4，在所述未摻雜的GaN層3上生長(zhǎng)N型GaN層4。

作為示例，所述N型GaN層4的生長(zhǎng)溫度為1000℃～1200℃；所述N型GaN層4及所述未摻雜的GaN層3的總生長(zhǎng)厚度為1.5μm～4.5μm；所述N型GaN層4內(nèi)的摻雜元素為Si，Si的摻雜濃度為1e19cm^-3～9e19cm^-3。

在步驟S4中，請(qǐng)參閱圖1中的S4步驟及圖5，在所述N型GaN層4上生長(zhǎng)InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)5。

作為示例，所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)5由InGaN勢(shì)阱與GaN勢(shì)壘交替組成，一個(gè)所述InGaN勢(shì)阱與一個(gè)所述GaN勢(shì)壘構(gòu)成一個(gè)周期對(duì)，在同一周期對(duì)內(nèi)，所述GaN勢(shì)壘位于所述InGaN勢(shì)阱之上；優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)5包括3～30個(gè)所述周期對(duì)。

作為示例，所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)5的生長(zhǎng)溫度為700℃～900℃；所述InGaN勢(shì)阱的厚度為1nm～4nm，所述GaN勢(shì)壘的厚度為1nm～9nm；所述InGaN勢(shì)阱中In組分的摩爾含量為1％～5％。

在步驟S5中，請(qǐng)參閱圖1中的S5步驟及圖6，在所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)5上生長(zhǎng)InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)6。

作為示例，所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)6由InGaN勢(shì)阱與GaN勢(shì)壘交替組成，一個(gè)所述InGaN勢(shì)阱與一個(gè)所述GaN勢(shì)壘構(gòu)成一個(gè)周期對(duì)，在同一周期對(duì)內(nèi)，所述GaN勢(shì)壘位于所述InGaN勢(shì)阱之上；優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)6包括5～18個(gè)所述周期對(duì)。

作為示例，所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)6的生長(zhǎng)溫度為700℃～900℃；InGaN勢(shì)阱中In組分的摩爾含量為15％～20％；InGaN勢(shì)阱的厚度為2nm～4nm，GaN勢(shì)壘的厚度為3nm～15nm。

采用上述工藝在所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)5上生長(zhǎng)InGaN/GaN多量子阱發(fā)光 層結(jié)構(gòu)6，一定程度上可以改善晶體生長(zhǎng)質(zhì)量，提高內(nèi)量子效率。

在步驟S6中，請(qǐng)參閱圖1中的S6步驟及圖7，在所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)6上依次生長(zhǎng)AlGaN層7、低溫P型層8及P型電子阻擋層9。

作為示例，所述AlGaN層7中Al的組分含量為2％～20％；所述AlGaN層7的生長(zhǎng)溫度為850℃～900℃；所述AlGaN層7的厚度為20nm～35nm。

作為示例，所述低溫P型層8可以為低溫P型AlInGaN層，所述低溫P型層8的生長(zhǎng)溫度為700℃～800℃。

作為示例，所述P型電子阻擋層9可以為P型AlGaN、P型AlInGaN或P型AlGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)；所述P型電子阻擋層9的生長(zhǎng)溫度為900℃～950℃；所述P型電子阻擋層9的厚度為30nm～80nm；所述P型電子阻擋層9內(nèi)的摻雜元素為Mg，Mg的摻雜濃度為1e18cm^-1～1e19cm^-1。

在步驟S7中，請(qǐng)參閱圖1中的S7步驟及圖8，在所述P型電子阻擋層9上生長(zhǎng)P型GaN層10。

作為示例，所述P型GaN層10的生長(zhǎng)溫度為950℃～1000℃；所述P型GaN層10的厚度為30nm～150nm；所述P型電子阻擋層8內(nèi)的摻雜元素為Mg，Mg的摻雜濃度為5e18cm^-1～1e20cm^-1。

綜上所述，本發(fā)明提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，所述GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法包括以下步驟：提供生長(zhǎng)襯底，在所述生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)緩沖層；采用非連續(xù)生長(zhǎng)工藝在所述緩沖層上生長(zhǎng)未摻雜的GaN層；在所述未摻雜的GaN層上生長(zhǎng)N型GaN層；在所述N型GaN層上生長(zhǎng)InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)；在所述InGaN/GaN超晶格量子阱結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)；在所述InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)上依次生長(zhǎng)AlGaN層、低溫P型層及P型電子阻擋層；在所述P型電子阻擋層上生長(zhǎng)P型GaN層。采用非連續(xù)生長(zhǎng)工藝在所述緩沖層上依次生長(zhǎng)未摻雜的GaN層，可以有效地抑制外延結(jié)構(gòu)中的線(xiàn)性缺陷，進(jìn)而改善GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的發(fā)光效率。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。