一種具有抑制極化效應壘層藍光led外延結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及發光二極管技術領域，特別是具有抑制極化效應壘層藍光LED的外延結構及生長方法。
【背景技術】
[0002]隨著藍光GaN基LED應用越來越廣泛，人們對藍光GaN基LED的亮度更加關注，近幾年LED研究學者通過調整圖形化襯底規格、提高注入電流擴展、抑制極化效應、改善晶體質量、提高空穴摻雜濃度等來獲得高亮度的外延片。
[0003]由于傳統藍光GaN基LED外延結構及生長方法中藍寶石襯底與GaN材料存在晶格失配，產生自發極化和壓電極化導致量子阱中的電子和空穴的波函數產生空間分離，從而降低電子空穴的復合幾率。而且導致能帶產生了嚴重的彎曲，能帶彎曲降低量子阱對載流子的限制能力，從而產生較大的漏電流。
[0004]傳統的藍光GaN基LED外延結構及生長方法參看圖1，從下到上依次為:圖形化襯底1、A1N緩沖層2、U型GaN層3、N型GaN層4、淺量子阱層5、有源層6、P型AlxGa1 XN電子阻擋層7、P型GaN層8。為了克服以上缺點，很多研究學者研發出很多結構以降低極化。例如:InGaN、AlInNjlxGa1 XN或者AlGaInN作為量子壘層，以及調整量子阱中阱和壘層厚度、量子阱數量、量子阱壘層摻雜等。限制載流子的溢流，提高空穴均勻分布的能力，即提高波函數的復合幾率，但效果有限。
【發明內容】
[0005]針對上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種具有釋放應力，抑制極化效應壘層LED外延結構及生長方法。通過在現有外延結構中插入一種新型壘層，釋放應力、抑制極化、降低缺陷密度從而提高輻射復合幾率，降低極化效應，以達到增強LED內量子效率的目的。
[0006]為了達到上述發明目的，本發明的技術方案如下:
一種具有抑制極化效應壘層藍光LED外延結構，它從下至上依次包括襯底、AlN緩沖層、U型GaN層、N型GaN層、淺量子阱層、有源區、電子阻擋層和P型GaN層，所述淺量子阱層與有源區之間插入抑制極化效應壘層，所述抑制極化效應壘層從下至上包括AlxGa1 XN層和SiN層。
[0007]在生長藍光LED外延結構中，生長所述抑制極化效應壘層時，AlxGa1 XN層與SiN層交替生長，生長周期為2~20個周期。
[0008]在生長藍光LED外延結構中，所述抑制極化效應壘層在氮氣、氫氣或者氫氮混合環境中生長，AlxGa1 -層的厚度隨著周期數目的增加，逐漸增厚，AlGaN層平衡量子阱的應力，減緩應力和極化效應，可以使電子和空穴更好的復合，提高亮度。SiN層的厚度隨著周期數目的增加，逐漸減薄，SiN層改善晶體質量，可以提高產品的電性。超晶格生長使兩種材料有效地結合。
[0009]在上述藍光LED外延結構中，所述抑制極化效應壘層中AlxGa1 XN層的生長溫度為600-900°C, Al組分為0〈χ〈1，厚度為5_150nm，生長壓力300_700mbar ;SiN層的生長溫度為600-900°C，生長厚度為l_50nm，生長壓力300_700mbar。
[0010]在上述藍光LED外延結構中，生長所述抑制極化效應壘層使用襯底為圖形化藍寶石襯底、平襯底、非極性襯底、Si襯底或SiC襯底。
[0011]在上述藍光LED外延結構中，所述抑制極化效應壘層中AlxGa1 XN層，當X=O時，AlxGa1 XN層變成GaN層；當X為0〈χ〈1時，AlxGa1 XN層變成AlGaN層；所以，所述抑制極化效應壘層中下層和上層交替生長的結構還可以為GaN層和SiN層、AlGaN層和SiN層中任意一種結構組合。
[0012]與此相應,一種具有抑制極化效應壘層藍光LED外延結構的生長方法,依次包括如下步驟:
首先，外延結構的制備方法是在MOCVD反應爐里進行高溫烘烤，去除襯底I表面的殘余雜質；
在襯底I上調整溫度到500-900°C之間，生長一層AlN緩沖層2 ；
在AlN緩沖層2上調整溫度到900-1200°C之間，生長U型GaN層3，生長大約10_80min，厚度為1-1Oum ；
在U型GaN層3上生長N型GaN層4，調整溫度到800-1500 V之間，生長時間為10-80min，生長總厚度在 10-10000nm。
[0013]在N型GaN層4上，調整溫度到700-1000°C之間，生長淺量子阱5 ；
在淺量子阱5上，生長抑制極化效應壘層6，調整溫度到700-100(TC之間，包括依次生長AlxGalxN層10和生長SiN層11，生長總厚度10nm-2000nm。。首先生長AlxGa1 XN層10，生長溫度為700-100(TC，生長壓力為300-700mbar，厚度為50_150nm ;然后，再生長SiN層11，生長溫度為700-1000°C，生長壓力為300-700mbar，厚度為50_lnm。
[0014]在SiN層11上，調整溫度在800-1000°C之間，生長有源區7 ；
在有源區7上調整溫度到800-100(TC之間，生長P型AlxGa1 XN電子阻擋層8，厚度為50-1000 埃；
在P型AlxGa1 XN電子阻擋層8上，調整溫度在800-1200°C之間，生長P型GaN層9，厚度為 1000-5000 埃，Mg 的濃度為 5xl017 ?IxlO23 cm3。
[0015]優選地，生長所述抑制極化效應壘層6步驟:
AlxGa1 XN層(10)與SiN層11交替生長，生長周期為2?20個周期。
[0016]在氮氣、氫氣或者氫氮混合環境中生長所述抑制極化效應壘層6，AlxGai #層10的厚度隨著周期數目的增加，逐漸增厚；SiN層11的厚度隨著周期數目的增加，逐漸減薄。
[0017]生長所述AlxGa1…層10，Al組分為0〈χ〈1，其Al組分為逐漸降低或Al組分不變，其AlxGa1 #層10生長厚度由薄逐漸變厚，或生長厚度由厚逐漸變薄，也可以生長厚度固定不變。
[0018]生長所述SiN層11，其生長厚度由薄逐漸變厚，或生長厚度由厚逐漸變薄，也可以生長厚度固定不變。
[0019]生長所述襯底為圖形化藍寶石襯底1、平襯底1、非極性襯底l、Si襯底I或SiC襯底I。
[0020]優選地，生長所述抑制極化效應壘層6下層和上層的步驟:
生長所述抑制極化效應壘層6中AlxGa1 XN層10，當x=0時，AlxGa1 XN層10變成GaN層10 ;當X為0〈χ〈1時，AlxGa1 XN層10變成AlGaN層10 ;所以，生長所述抑制極化效應壘層6中下層和上層交替生長的結構還可以為GaN層10和SiN層IUAlGaN層10和SiN層11中任意一種結構組合。
[0021]交替生長所述抑制極化效應壘層6下層和上層的結構，所述結構為GaN層10和SiN層11、AlGaN層10和SiN層11中任意一種結構組合。
[0022]本發明具有以下有益效果:
本發明由于采用了上述結構及生長方法，通過AlxGa1少層10與SiN層11交替生長，釋放了壓應力，抑制極化現象；SiN層11有助于阻擋電子陷落表面態和二維電子氣(2DEG)耗盡，同時SiN層11有助于阻擋位錯，從而提高電子注入效率，提高晶體質量；同時AlxGa1 XN層10的勢壘高度大于GaNlO的勢壘高度，從而阻擋了電子，抑制了溢流現象。本發明在一定程度上避免了波函數的空間分離，提高了電子空穴復合幾率，從而有效提高內量子效率。
[0023]除了上面描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其他的目的、特征和優點。
[0024]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
【附圖說明】
[0025]構成本申請的一部分的附圖用來對本發明做進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的進一步限定。在附圖中:
圖1為現有技術中LED外延結構示意圖；
圖2為本發明具有抑制極化效應壘層藍光LED外延結構示意圖；
圖3是本發明實施例中抑制極化效應壘層的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是，本發明可以根據權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0027]參看本圖2，本發明提供一種具有抑制極化效應壘層藍光LED外延結構，從下至上依次包括圖形化襯底1、A1N緩沖層2、U型GaN層3、N型GaN層4、淺量子阱層5、應力釋放層6、有源區7、電子阻擋層8和P型GaN層9，淺量子阱層5與有源區7之間插入了一層抑制極化效應壘層6，抑制極化效應壘層6包括AlxGa1 -層10、SiN層11。在生長藍光GaN基LED過程中，生長抑制極化效應壘層時，AlxGa1少層10與SiN層11交替生長，生長周期為6個周期。
[0028]在上述藍光GaN基LED外延結構中，抑制極化效應壘層6中AlxGa1 XN層10的生長溫度為680-880°C，Al組分為0〈χ〈1，厚度為50_150nm，生長壓力300_700mbar ;SiN層11的生長溫度為680 _880°C，生長厚度為l_50nm，300-700mbar。
[0029]參看本圖3，AlxGa1 XN層10與SiN層11交替生長，其中，AlxGa1 XN層10的厚度隨著周期數目的增加，逐漸增厚；SiN層11厚度隨著周期數目的增加，