一種led外延結(jié)構及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種LED外延結(jié)構及其制備方法，在襯底上生長第一類型外延層；在第一類型外延層上生長應力釋放層；在應力釋放層上生長多量子阱結(jié)構層；在多量子阱結(jié)構層上生長第二類型外延層。其中，應力釋放層包含第一InGaN/GaN超晶格量子阱、n型GaN插入層、第二InGaN/GaN超晶格量子阱；第一InGaN/GaN超晶格量子阱為周期層疊的第一InGaN勢阱層和第一GaN勢壘層超晶格結(jié)構；第二InGaN/GaN超晶格量子阱為周期層疊的第二InGaN勢阱層和第二GaN勢壘層超晶格結(jié)構；多量子阱結(jié)構層包含周期層疊的第三InGaN勢阱層和第三GaN勢壘層。本發(fā)明通過在傳統(tǒng)的應力釋放超晶格結(jié)構中插入低溫生長的n型GaN層，增加了反向擊穿電壓，有效地提高了LED產(chǎn)品的可靠性。
【專利說明】
一種LED外延結(jié)構及其制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及半導體結(jié)構領域，特別涉及一種LED外延結(jié)構及其制備方法。
【背景技術】
[0002]相比傳統(tǒng)光源，發(fā)光二極管(LED)具有眾多優(yōu)勢，如節(jié)能，長壽命，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)光二極管的應用范圍越來越廣。
[0003]GaN基發(fā)光二極管的反向擊穿電壓目前是衡量LED可靠性的一個重要的參數(shù)。當外加反向偏置電壓低于某一數(shù)值時，幾乎沒有電流;當外加反向電壓超過某一數(shù)值時，會引起反向電流顯著地增加，這可能造成對LED的永久損壞。當LED應用于實際顯示和照明領域時，會不可避免地處于反向偏置狀態(tài)，例如ESD攻擊、交流電壓驅(qū)動等等。因此，如何增強LED夕卜延結(jié)構的抗反向擊穿能力，來提升LED產(chǎn)品的可靠性，是亟需解決的一個問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種LED外延結(jié)構及其制備方法，通過改變多量子阱結(jié)構前應力釋放層的生長模式來獲得高反向擊穿電壓，降低了 LED的反向漏電，有效地提升了LED產(chǎn)品的可靠性。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明的一個技術方案是提供一種LED外延結(jié)構的制備方法，其中包含以下的工藝步驟:
51、提供一襯底，在所述襯底上生長第一類型外延層；
52、在所述第一類型外延層上生長應力釋放層；
53、在所述應力釋放層上生長多量子阱結(jié)構層；
54、在多量子阱結(jié)構層上生長第二類型外延層。
[0006]本發(fā)明的另一個技術方案是提供一種LED外延結(jié)構，其中自下至上包含:襯底、第一類型外延層、應力釋放層、多量子阱結(jié)構層、第二類型外延層。
[0007]本發(fā)明的各個技術方案中，所述應力釋放層包含第一InGaN/GaN超晶格量子阱、η型GaN插入層、第二InGaN/GaN超晶格量子阱;所述第一InGaN/GaN超晶格量子阱為周期層疊的第一InGaN勢阱層和第一GaN勢皇層超晶格結(jié)構;所述第二InGaN/GaN超晶格量子阱為周期層疊的第二 InGaN勢阱層和第二 GaN勢皇層超晶格結(jié)構;所述多量子阱結(jié)構層包含周期層疊的第三InGaN勢阱層和第三GaN勢皇層。
[0008]優(yōu)選地，本發(fā)明的各個技術方案中包含A1-A4中的任意一項或其組合:
Al、所述第一 InGaN/GaN超晶格量子阱和第二 InGaN/GaN超晶格量子阱的生長溫度在750°0900°C 之間；
A2、所述第一 InGaN/GaN超晶格量子阱中第一 InGaN勢阱層的厚度為1.0?10.0nm，第一GaN勢皇層的厚度為1.0?20.0nm;所述第二 InGaN/GaN超晶格量子阱中第二 InGaN勢阱層的厚度為1.0-10.0nm，第二GaN勢皇層的厚度為1.0-20.0nm；
A3、所述第一 InGaN/GaN超晶格量子阱和第二 InGaN/GaN超晶格量子阱中，In的組分為I?10%之間；
A4、所述第一InGaN/GaN超晶格量子阱和第二InGaN/GaN超晶格量子阱中，層疊的周期在I?5之間。
[0009 ]優(yōu)選地，本發(fā)明的各個技術方案中包含B1-B4中的任意一項或其組合:
B1、所述η型GaN插入層的生長溫度比所述第一 InGaN/GaN超晶格量子阱和第二 InGaN/GaN超晶格量子阱的生長溫度低O?100°C ;
B2、所述η型GaN插入層的厚度I?200nm;
B3、所述η型GaN插入層的Si摻雜濃度，高于所述第一 InGaN/GaN超晶格量子阱和第二InGaN/GaN超晶格量子阱中的Si摻雜濃度；
B4、所述η型GaN插入層的Si摻雜濃度Ie17 cm—3?le2Q cm—3。
[0010]優(yōu)選地，本發(fā)明的各個技術方案中包含C1-C3中的任意一項或其組合:
Cl、所述多量子阱結(jié)構層的生長溫度為700°0900°C;
C2、所述多量子阱結(jié)構層中包含5?18組第三InGaN勢阱層和第三GaN勢皇層；
C3、所述多量子阱結(jié)構層中包含5?18組第三InGaN勢阱層和第三GaN勢皇層，且所述第三InGaN勢講層厚度為2.0nm?4.0nm，所述第三GaN勢皇層厚度為3.0nm?15.0nm。
[0011]優(yōu)選地，本發(fā)明的各個技術方案中包含D1-D3中的任意一項或其組合:
D1、所述第一類型外延層的厚度為1.5μπτ4.5μηι;
D2、所述第一類型外延層包含自下至上層疊的未摻雜GaN層和η型GaN層，所述未摻雜GaN層和η型GaN層的生長溫度為800°01200°C ;
D3、所述第一類型外延層包含自下至上層疊的未摻雜GaN層和Si摻雜濃度為le18cm—3?3e19cm—3 的η型GaN 層；
優(yōu)選地，本發(fā)明的各個技術方案中包含Ε1-Ε3中的任意一項或其組合:
Ε1、所述第二類型外延層包含自下至上層疊的P型電子阻擋層和P型GaN層，所述P型電子阻擋層厚度為30nm?80nm，所述P型GaN層厚度為30nm?150nm;
E2、所述第二類型外延層包含自下至上層疊的p型電子阻擋層和p型GaN層，所述p型電子阻擋層的Mg摻雜濃度為5e18cm—3?3.5e19cm—3，p型GaN層的Mg摻雜濃度為5e18cm—3?le2Qcm
- 3.，
E3、所述第二類型外延層包含自下至上層疊的P型電子阻擋層和P型GaN層，所述P型電子阻擋層為P型AlGaN、或P型InAlGaN、或P型AlGaN/GaN超晶格結(jié)構。
[0012]優(yōu)選地，本發(fā)明的各個技術方案中，所述襯底的材料是藍寶石、或GaN、或硅、或碳化硅的單晶；所述襯底與所述第一類型外延層之間生長有緩沖層或者沒有生長緩沖層，所述緩沖層的材料是GaN、或AlN、或InAlGaN、或AlGaN。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的LED外延結(jié)構及其制備方法，通過在傳統(tǒng)的應力釋放超晶格結(jié)構中插入低溫生長的η型GaN層，增加了反向擊穿電壓，有效地提高了 LED產(chǎn)品的可靠性。
【附圖說明】
[0014]圖1?圖4分別是本發(fā)明所述可增加反向擊穿電壓的LED外延結(jié)構的制備方法中與工藝步驟S1~S4對應的結(jié)構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]配合參見圖1?圖4所示，本發(fā)明提供一種可增加反向擊穿電壓的LED外延結(jié)構，其包含:襯底10，在襯底10上生長有第一類型外延層20;
在第一類型外延層20上生長有應力釋放層，所述應力釋放層包含第一InGaN/GaN超晶格量子阱30、η型GaN插入層40、第二InGaN/GaN超晶格量子阱50;其中，所述的第一InGaN/GaN超晶格量子阱30為周期層疊的第一InGaN勢阱層和第一GaN勢皇層超晶格結(jié)構，所述的第二InGaN/GaN超晶格量子阱50為周期層疊的第二InGaN勢阱層和第二GaN勢皇層超晶格結(jié)構；
在應力釋放層上生長有多量子阱結(jié)構層60，所述的多量子阱結(jié)構層60包含周期層疊的第三InGaN勢阱層和第三GaN勢皇層；
在多量子阱結(jié)構層60上生長有第二類型外延層70。
[0016]本發(fā)明所述可增加反向擊穿電壓的LED外延結(jié)構的制備方法，包含以下的工藝步驟:
S1、在襯底10上生長第一類型外延層20，參見圖1。
[0017]所述襯底10可以是適合GaN及其半導體外延材料生長的材料，如藍寶石、GaN、硅、
碳化娃等單晶。
[0018]所述襯底10和所述第一類型外延層20之間可以生長一緩沖層，材料例如是GaN、AlN、InAlGaN或者AlGaN。
[0019]所述第一類型外延層20包含自下至上層疊的未摻雜GaN層和η型GaN層，所述未摻雜GaN層和η型GaN層的生長溫度為800°01200°C，所述第一類型外延層20的厚度為1.5μπι~4.5μπι，所述η型GaN層的Si摻雜濃度為le18cm—3?3e19cm—3。
[0020]S2、在所述第一類型外延層20上生長應力釋放層，參見圖2。
[0021]所述應力釋放層包含周期層疊的第一InGaN勢阱層和第一 GaN勢皇層超晶格結(jié)構(第一InGaN/GaN超晶格量子阱30)、低溫生長的η型GaN插入層40、周期層疊的第二InGaN勢阱層和第二GaN勢皇層超晶格結(jié)構(第二InGaN/GaN超晶格量子阱50)。
[0022]在一些優(yōu)選的示例中，所述第一和第二InGaN/GaN超晶格量子阱30、50，生長溫度750°0900°C 之間。
[0023]所述第一和第二InGaN/GaN超晶格量子阱30、50中，周期可以在I?5之間。
[0024]所述第一和第二 InGaN/GaN超晶格量子阱30、50中，In的組分可以為I?10%之間。
[0025]所述第一和第二 InGaN/GaN超晶格量子阱30、50中，InGaN勢阱的厚度為1.0?10.011111，63~勢皇的厚度為1.0~20.011111。
[0026]所述η型GaN插入層40，厚度I?200nm。
[0027]所述η型GaN插入層40，生長溫度比所述第一和第二 InGaN/GaN超晶格量子阱30、50低(ΜΟΟΓ ο
[0028]所述η型GaN插入層40，Si摻雜濃度Ie17cm^-le20 cm—3。
[0029]S3、在所述應力釋放層上，生長多量子阱結(jié)構層60，參見圖3。
[0030]所述多量子阱結(jié)構層60由周期層疊的第三InGaN勢阱層和第三GaN勢皇層組成。
[0031]在一些優(yōu)選的示例中，所述多量子阱結(jié)構層60由5?18組第三InGaN勢阱層和第三GaN勢壘層組成，所述第三InGaN勢阱層厚度為2.0nm?4.0nm，所述第三GaN勢壘層厚度為3.0nm?15.0nm0
[0032]所述多量子阱結(jié)構層60的生長溫度為700°0900°C。
[0033]S4、在多量子阱結(jié)構層60上，生長第二類型導電層結(jié)構(第二類型外延層70)，參見圖4。
[0034]所述第二類型外延層70包含自下至上層疊的P型電子阻擋層和P型GaN層，所述P型電子阻擋層為P型AlGaN、p型InAlGaN或P型AlGaN/GaN超晶格結(jié)構，所述P型電子阻擋層厚度為30nm?80nm，其中，Mg慘雜濃度為5e18cm—3?3.5e19cm—3。
[0035]所述P型GaN層厚度為30nm?150nm，其中，Mg摻雜濃度為5e18cm—3?le2Qcm—3。
[0036]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
【主權項】
1.一種LED外延結(jié)構的制備方法，其特征在于，包含以下的工藝步驟: 51、提供一襯底，在所述襯底上生長第一類型外延層； 52、在所述第一類型外延層上生長應力釋放層;所述應力釋放層包含第一InGaN/GaN超晶格量子阱、η型GaN插入層、第二InGaN/GaN超晶格量子阱；其中，所述第一InGaN/GaN超晶格量子阱為周期層疊的第一InGaN勢阱層和第一GaN勢皇層超晶格結(jié)構，所述第二InGaN/GaN超晶格量子阱為周期層疊的第二InGaN勢阱層和第二GaN勢皇層超晶格結(jié)構； 53、在所述應力釋放層上生長多量子阱結(jié)構層;所述多量子阱結(jié)構層包含周期層疊的第三InGaN勢阱層和第三GaN勢皇層； 54、在多量子阱結(jié)構層上生長第二類型外延層。2.如權利要求1所述LED外延結(jié)構的制備方法，其特征在于，包含A1-A4中的任意一項或其組合: Al、所述第一 InGaN/GaN超晶格量子阱和第二 InGaN/GaN超晶格量子阱的生長溫度在750°0900°C 之間； A2、所述第一InGaN/GaN超晶格量子阱中第一InGaN勢阱層的厚度為1.0?10.0nm，第一GaN勢皇層的厚度為1.0?20.0nm;所述第二 InGaN/GaN超晶格量子阱中第二 InGaN勢阱層的厚度為1.0-10.0nm，第二GaN勢皇層的厚度為1.0-20.0nm； A3、所述第一 InGaN/GaN超晶格量子阱和第二 InGaN/GaN超晶格量子阱中，In的組分為I?10%之間； A4、所述第一InGaN/GaN超晶格量子阱和第二InGaN/GaN超晶格量子阱中，層疊的周期在I?5之間。3.如權利要求1或2所述LED外延結(jié)構的制備方法，其特征在于，包含B1-B4中的任意一項或其組合: B1、所述η型GaN插入層的生長溫度比所述第一 InGaN/GaN超晶格量子阱和第二 InGaN/GaN超晶格量子阱的生長溫度低O?100°C ; B2、所述η型GaN插入層的厚度I?200nm; B3、所述η型GaN插入層的Si摻雜濃度，高于所述第一 InGaN/GaN超晶格量子阱和第二InGaN/GaN超晶格量子阱中的Si摻雜濃度； B4、所述η型GaN插入層的Si摻雜濃度Ie17 cm—3?le2() cm—3。4.如權利要求3所述LED外延結(jié)構的制備方法，其特征在于，包含C1-C3中的任意一項或其組合: Cl、所述多量子阱結(jié)構層的生長溫度為700°0900°C; C2、所述多量子阱結(jié)構層中包含5?18組第三InGaN勢阱層和第三GaN勢皇層； C3、所述多量子阱結(jié)構層中包含5?18組第三InGaN勢阱層和第三GaN勢皇層，且所述第三InGaN勢講層厚度為2.0nm?4.0nm，第三GaN勢皇層厚度為3.0nm?15.0nm。5.如權利要求3所述LED外延結(jié)構的制備方法，其特征在于，包含D1-D3中的任意一項或其組合，和/或包含E1-E3中的任意一項或其組合: D1、所述第一類型外延層的厚度為1.5μπτ4.5μηι; D2、所述第一類型外延層包含自下至上層疊的未摻雜GaN層和η型GaN層，所述未摻雜GaN層和η型GaN層的生長溫度為800°01200°C ; D3、所述第一類型外延層包含自下至上層疊的未摻雜GaN層和Si摻雜濃度為le18cm—3?3e19cm—3 的η型GaN 層； Ε1、所述第二類型外延層包含自下至上層疊的P型電子阻擋層和P型GaN層，所述P型電子阻擋層厚度為30nm?80nm，所述P型GaN層厚度為30nm?150nm; E2、所述第二類型外延層包含自下至上層疊的p型電子阻擋層和p型GaN層，所述p型電子阻擋層的Mg摻雜濃度為5e18cm—3?3.5e19cm—3，p型GaN層的Mg摻雜濃度為5e18cm—3?le2Qcm-3.， E3、所述第二類型外延層包含自下至上層疊的P型電子阻擋層和P型GaN層，所述P型電子阻擋層為P型AlGaN、或P型InAlGaN、或P型AlGaN/GaN超晶格結(jié)構。6.如權利要求3所述LED外延結(jié)構的制備方法，其特征在于， 所述襯底的材料是藍寶石、或GaN、或硅、或碳化硅的單晶； 所述襯底與所述第一類型外延層之間生長有緩沖層或者沒有生長緩沖層，所述緩沖層的材料是GaN、或AlN、或InAIGaN、或AlGaN。7.—種LED外延結(jié)構，其特征在于，自下至上包含:襯底、第一類型外延層、應力釋放層、多量子阱結(jié)構層、第二類型外延層； 其中，所述應力釋放層包含第一InGaN/GaN超晶格量子阱、η型GaN插入層、第二InGaN/GaN超晶格量子講； 所述第一InGaN/GaN超晶格量子阱為周期層疊的第一InGaN勢阱層和第一GaN勢皇層超晶格結(jié)構； 所述第二InGaN/GaN超晶格量子阱為周期層疊的第二InGaN勢阱層和第二GaN勢皇層超晶格結(jié)構； 所述多量子阱結(jié)構層包含周期層疊的第三InGaN勢阱層和第三GaN勢皇層。8.如權利要求7所述的LED外延結(jié)構，其特征在于，包含A2-A4中的任意一項或其組合: A2、所述第一InGaN/GaN超晶格量子阱中第一InGaN勢阱層的厚度為1.0?10.0nm，第一GaN勢皇層的厚度為1.0?20.0nm;所述第二 InGaN/GaN超晶格量子阱中第二 InGaN勢阱層的厚度為1.0-10.0nm，第二GaN勢皇層的厚度為1.0-20.0nm； A3、所述第一 InGaN/GaN超晶格量子阱和第二 InGaN/GaN超晶格量子阱中，In的組分為I?10%之間； A4、所述第一InGaN/GaN超晶格量子阱和第二InGaN/GaN超晶格量子阱中，層疊的周期在I?5之間。9.如權利要求7或8所述的LED外延結(jié)構，其特征在于，包含B2-B4中的任意一項或其組合，和/或包含C2-C3中的任意一項或其組合: B2、所述η型GaN插入層的厚度I?200nm; B3、所述η型GaN插入層的Si摻雜濃度，高于所述第一 InGaN/GaN超晶格量子阱和第二InGaN/GaN超晶格量子阱中的Si摻雜濃度； B4、所述η型GaN插入層的Si摻雜濃度Ie17 cm—3?le2() cm—3; C2、所述多量子阱結(jié)構層中包含5?18組第三InGaN勢阱層和第三GaN勢皇層； C3、所述多量子阱結(jié)構層中包含5?18組第二 InGaN勢阱層和第二 GaN勢皇層，且所述第三InGaN勢講層厚度為2.0nm?4.0nm，所述第三GaN勢皇層厚度為3.0nm?15.0nm。10.如權利要求9所述的LED外延結(jié)構，其特征在于，包含D1-D3中的任意一項或其組合，和/或包含E1-E3中的任意一項或其組合: D1、所述第一類型外延層的厚度為1.5μπτ4.5μηι; D2、所述第一類型外延層包含自下至上層疊的未摻雜GaN層和η型GaN層； D3、所述第一類型外延層包含自下至上層疊的未摻雜GaN層和Si摻雜濃度為le18cm—3?3e19cm—3 的η型GaN 層； Ε1、所述第二類型外延層包含自下至上層疊的P型電子阻擋層和P型GaN層，所述P型電子阻擋層厚度為30nm?80nm，所述P型GaN層厚度為30nm?150nm; E2、所述第二類型外延層包含自下至上層疊的p型電子阻擋層和p型GaN層，所述p型電子阻擋層的Mg摻雜濃度為5e18cm—3?3.5e19cm—3，p型GaN層的Mg摻雜濃度為5e18cm—3?le2Qcm-3.， E3、所述第二類型外延層包含自下至上層疊的P型電子阻擋層和P型GaN層，所述P型電子阻擋層為P型AlGaN、或P型InAlGaN、或P型AlGaN/GaN超晶格結(jié)構。
【文檔編號】H01L33/32GK105932124SQ201610560463
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】琚晶, 馬后永, 展望, 游正璋
【申請人】映瑞光電科技(上海)有限公司