提高GaN基LED抗靜電性能的外延結(jié)構(gòu)及其制備方法
【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，尤其涉及一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)作為一種高效、環(huán)保和綠色新型固態(tài)照明光源，具有體積小、重量輕、壽命長、可靠性高及使用功耗低等優(yōu)點(diǎn)，得以廣泛應(yīng)用，特別是在照明領(lǐng)域的應(yīng)用所占比例越來越高，在技術(shù)上對大功率LED芯片發(fā)光效率的要求與日倶增。
[0003]要提高大功率LED芯片發(fā)光效率，需要提高其光電轉(zhuǎn)換效率，主要通過提高內(nèi)量子效率和外量子效率來實(shí)現(xiàn)。目前內(nèi)量子效率的提高已經(jīng)接近理論的極限狀態(tài)，而提升LED器件的光取出效率成為技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)新的芯片結(jié)構(gòu)來改善出光效率，進(jìn)而提升發(fā)光效率(或外量子效率)。η型區(qū)是制造GaN (氮化鎵)型LED器件必不可少的環(huán)節(jié)，N型GaN結(jié)構(gòu)及其外延生長方法是提高GaN基LED光取出效率和降低串聯(lián)電阻的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種提高GaN基LED抗靜電性能的外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一實(shí)施方式提供一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，所述LED外延結(jié)構(gòu)從下向上依次包括:
襯底，N型GaN層，MQW有源層，P型AlGaN層，P型GaN層；
所述N型GaN層包括依次排布的第一 GaN層、高摻雜N型GaN層和第二 GaN層；
所述第一 GaN層和第二 GaN層分別由若干非摻雜層和摻雜層交替排列組成，且所述高摻雜N型GaN層摻雜濃度不小于所述摻雜層。
[0006]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，第一 GaN層中，非摻雜層厚度逐漸遞增，摻雜層厚度逐漸遞減，第二 GaN層中，非摻雜層厚度逐漸遞減，摻雜層厚度逐漸遞增。
[0007]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，第一 GaN層中，摻雜層摻雜濃度保持不變，且每一對上下相鄰的摻雜層與非摻雜層總厚度保持不變。
[0008]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，第二 GaN層中，摻雜層摻雜濃度保持不變，且每一對上下相鄰的摻雜層與非摻雜層總厚度保持不變。
[0009]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，第一 GaN層中，摻雜層摻雜濃度為5E18-1.5E19cm 3，且所述每一對上下相鄰的摻雜層與非摻雜層總厚度為10nm-50nm。
[0010]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，第二 GaN層中，摻雜層摻雜濃度為5E18-1.5E19cm 3，且所述每一對上下相鄰的摻雜層與非摻雜層總厚度為10nm-50nm。
[0011]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，高摻雜N型GaN層的摻雜濃度保持不變。
[0012]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，高摻雜N型GaN層的摻雜濃度為1.5E19-3E19cm 3，厚度為 600nm-1200nm。
[0013]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的之一，本實(shí)施方式的一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括:提供一襯底；
在襯底上生長N型GaN層；
在N型GaN層上生長MQW有源層；
在MQW有源層上生長P型AlGaN層；
在P型AlGaN層上生長P型GaN層；
其中，N型GaN層包括依次排布的第一 GaN層、高摻雜N型GaN層和第二 GaN層，且按以下步驟依次生長:
第一 GaN層中交替生長非摻雜層和摻雜層，其中非摻雜層厚度逐漸遞增，摻雜層厚度逐漸減，摻雜層摻雜濃度保持不變，每一對上下相鄰的摻雜層與非摻雜層總厚度保持不變；
高摻雜N型GaN層，其摻雜濃度保持不變；
第二 GaN層中交替生長非摻雜層和摻雜層，其中非摻雜層厚度逐漸遞減，摻雜層厚度逐漸增，摻雜層摻雜濃度保持不變，每一對上下相鄰的摻雜層與非摻雜層總厚度保持不變。
[0014]作為本實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，N型GaN層的生長溫度的取值范圍為900°C -1120°C，其生長壓力為 100Torr-300Torro
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用漸變的N型GaN層結(jié)構(gòu)，能減少位錯密度，有利電流擴(kuò)展，提高材料的抗靜電能力，同時對低電流密度的LED芯片有利于提高亮度；另一方面，此結(jié)構(gòu)可以提高電子濃度，從而提高電子迀移率，降低發(fā)光電壓，LED芯片電壓比正常電壓低3%-5%，提高了抗靜電能力。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式中GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式中GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明提供的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，該LED外延結(jié)構(gòu)從下向上依次包括:襯底10，N型GaN層20，超晶格MQW(多量子阱)有源層30，P型AlGaN層40和P型GaN層50。
[0019]本發(fā)明一實(shí)施方式中，襯底10的材料為藍(lán)寶石襯底，當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，襯底10也可以為其他襯底材料，如S1、SiC等。
[0020]本發(fā)明一實(shí)施方式中，N型GaN層20自下而上包括三部分:
a.第一 GaN層201，其由若干非摻雜層(uGaN) 2011和摻雜層(nGaN) 2012交替排列組成。每一對上下相鄰的摻雜層2012與非摻雜層2011構(gòu)成一組交替層2010。其中，非摻雜層2011厚度自下而上逐漸遞增，摻雜層2012厚度自下而上逐漸遞減。摻雜層2012的摻雜濃度保持不變，摻雜濃度范圍為5E18-1.5E19cm 3。每一組交替層2010的總厚度保持不變，厚度范圍為10nm-50nmo
[0021]b.HD-nGaN層203，即高摻雜N型GaN層，用于與芯片N型電極接觸。HD_nGaN層203的N型摻雜濃度保持不變，摻雜濃度范圍為1.5E19-3E19 cm3，該層厚度范圍為600nm_1200nmo
[0022]c.第二 GaN層205，其由若干非摻雜層2051和摻雜層2052交替排列組成。每一對上下相鄰的摻雜層2052與非摻雜層2051構(gòu)成一組交替層2050。其中，非摻雜層2051自下而上逐漸遞減，摻雜層2052厚度自下而上逐漸遞增。摻雜層2052的摻雜濃度保持不變，摻雜濃度范圍為5E18-1.5E19cm 3。每一組交替層2050的總厚度保持不變，厚度范圍為10nm_50nmo
[0023]N型GaN層內(nèi)的摻雜均是指N型摻雜。
[0024]本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式中，非摻雜層2011、2051為非摻雜高溫uGaN層。
[0025]此結(jié)構(gòu)能減少位錯密度，有利電流擴(kuò)展，提高材料的抗靜電能力，同時對低電流密度的LED芯片有利于提尚殼度?’另一方面，此結(jié)構(gòu)可以提尚電子濃度，從而提尚電子遷移率，降低發(fā)光電壓，LED芯片電壓比正常電壓低3%-5%，提高了抗靜電能力。
[0026]本發(fā)明一實(shí)施方式中，P型GaN層40優(yōu)選高溫P型GaN。
[0027]在上述圖1所示LED外延結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明一實(shí)施方式中，LED外延結(jié)構(gòu)還包括:生長于襯底10和N型GaN層20之間的成核層701。
[0028]其中，成核層701優(yōu)選低溫GaN成核層，并將TMGa作為Ga源。
[0029]在上述圖1所示LED外延結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明一實(shí)施方式中，LED外延結(jié)構(gòu)還包括:生長于襯底10和GaN層20之間的氮化物緩沖層703。
[0030]氮化物緩沖層703可為GaN緩沖層或A1N緩沖層；本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式中，氮化物緩沖層703為厚度為0.5-lum間的高溫GaN緩沖層；當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，GaN緩沖層還可以包括高溫條件下生長的高溫GaN緩沖層和低溫條件下生長的低溫GaN緩沖層，在此不做詳細(xì)贅述。
[0031]在上述圖1所示LED外延結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明一實(shí)施方式中，LED外延結(jié)構(gòu)還包括:生長于P型GaN層50上的歐姆接觸層60，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式中，歐姆接觸層60為P型GaN接觸層，進(jìn)一步的，歐姆接觸層60為高壓P型InGaN層，在此不做詳細(xì)贅述。
[0032]結(jié)合圖2所不，本發(fā)明一實(shí)施方式中，公開一種GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，所述方法包括: