紫外GaN基LED外延结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种紫外GaN基LED外延结构及其制造方法，LED外延结构依次包括：衬底；低温缓冲层；高温u‑GaN层；高温n‑GaN层；低温AlGaN/GaN超晶格层；低温InGaN/AlGaN紫外发光层；高温p‑AlGaN电子阻挡层；高温p‑GaN层。本发明专利技术采用低温AlGaN/GaN超晶格层取代传统的InGaN/GaN应力释放层，通过调整低温AlGaN/GaN超晶格层的生长工艺，可以沿着位错缺陷产生V‑pits，从而阻挡载流子在位错缺陷处产生非辐射复合。

【技术实现步骤摘要】
紫外GaN基LED外延结构及其制造方法
本专利技术涉及LED
，尤其涉及一种紫外GaN基LED外延结构及其制造方法。
技术介绍
发光二极管（Light-EmittingDiode，LED）是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。随着技术的发展，紫外发光二极管（UVLED）在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、计算机数据存储和军事等方面有着广阔的市场应用前景。除此之外，紫外LED也越来越受到照明市场的关注。因为通过紫外LED激发三基色荧光粉，可获得普通照明的白光。目前市售的白光LED大多是通过蓝色LED激发黄光的荧光粉获得，其中红色光成份较弱。然而，由于蓝宝石衬底和氮化镓之间存在16%的晶格失配和较大的热膨胀系数差异，利用MOCVD技术外延生长GaN晶体时，产生线位错（threadingdislocations）的密度高达108-1010/cm2。为了避免载流子在位错处发生非辐射复合，从而影响LED的发光效率，通常会在n型GaN层和量子阱发光层之间插入一层低温的InGaN/GaN应力释放层。该应力释放层会沿着位错缺陷产生V型坑（V-pits），V型坑侧面的禁带宽度比平面（c面）要高出很多，在位错缺陷处形成势垒，避免载流子靠近位错而被捕获，从而提升LED的发光效率。然而，对于365~390nm的紫外来说会存在另外一个问题。氮化镓(GaN)禁带宽度为3.42eV，对应波长大约365nm的光，对365~390nm这个波段不会有吸收，但是低温的InGaN/GaN应力释放层，对这个波段的光可能有较强的吸收，从而降低LED的发光效率。有鉴于此，为了解决上述技术问题，有必要提供一种紫外GaN基LED外延结构及其制造方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种紫外GaN基LED外延结构及其制造方法，本专利技术采用低温AlGaN/GaN超晶格层取代传统的InGaN/GaN应力释放层，通过调整AlGaN/GaN超晶格的生长工艺，可以沿着位错缺陷产生V-pits，从而阻挡载流子在位错缺陷处产生非辐射复合。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下：一种紫外GaN基LED外延结构，所述LED外延结构依次包括：衬底；位于所述衬底上的低温缓冲层；位于所述低温缓冲层上的高温u-GaN层；位于所述高温u-GaN层上的高温n-GaN层；位于所述高温n-GaN层上的低温AlGaN/GaN超晶格层，所述低温AlGaN/GaN超晶格层包括层叠设置的低温AlGaN层和低温GaN层；位于所述低温AlGaN/GaN超晶格层上的低温InGaN/AlGaN紫外发光层，所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层包括层叠设置的低温InGaN量子阱层和低温AlGaN量子垒层，所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层的发光波长为365~390nm；位于所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层上的高温p-AlGaN电子阻挡层；位于所述高温p-AlGaN电子阻挡层上的高温p-GaN层。作为本专利技术的进一步改进，所述低温AlGaN/GaN超晶格层包括3~15个周期层叠设置的低温AlGaN层和低温GaN层。作为本专利技术的进一步改进，所述低温AlGaN/GaN超晶格层中，每层低温AlGaN层的厚度为1~5nm，每层低温GaN层的厚度为1~5nm。作为本专利技术的进一步改进，所述低温AlGaN/GaN超晶格层中低温AlGaN层的Al组分为0.01~0.05。作为本专利技术的进一步改进，所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层包括6~10个周期层叠设置的低温InGaN量子阱层和低温AlGaN量子垒层。作为本专利技术的进一步改进，所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层中，每层低温InGaN量子阱层的厚度为2~4nm，每层低温AlGaN量子垒层的厚度为6~12nm。作为本专利技术的进一步改进，所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层中低温AlGaN量子垒层的Al组分为0.05~0.25。作为本专利技术的进一步改进，所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层中低温InGaN量子阱层的In组分为0~0.09。作为本专利技术的进一步改进，所述低温缓冲层为低温GaN层或低温AlGaN层。相应地，一种紫外GaN基LED外延结构的制造方法，所述方法包括以下步骤：S1、将衬底放置在MOCVD反应室中的载盘上，在1080~1100℃下高温处理5~10分钟；S2、在500~550℃、200~500Torr条件下，外延生长10~30nm的低温缓冲层；S3、在1040~1100℃、100~300Torr条件下，生长2~4um的高温u-GaN层；S4、在1040~1070℃、100~200Torr条件下，生长2~4um的高温n-GaN层，掺杂浓度为5E18~1E19；S5、在700~800℃、200~300Torr条件下，生长1~5nm的低温AlGaN层和1~5nm的低温GaN层，其中，低温AlGaN层中的Al组分为0.01~0.05，重复生长3~15个周期，形成低温AlGaN/GaN超晶格层；S6、在750~900℃、200~300Torr条件下，生长6~12nm的低温AlGaN量子垒层和2~4nm的低温InGaN量子阱层，其中，低温AlGaN量子垒层中的Al组分为0.05~0.25，重复生长6~10个周期，调节低温InGaN量子阱层中的In组分为0~0.09，形成发光波长为365~390nm的低温InGaN/AlGaN紫外发光层；S7、在800~1000℃、100~400Torr条件下，生长30~60nm的高温p-AlGaN电子阻挡层；S8、在800~1000℃、100~400Torr条件下，生长30~50nm的高温p-GaN层。与现有技术相比，本专利技术采用低温AlGaN/GaN超晶格层取代传统的InGaN/GaN应力释放层，通过调整低温AlGaN/GaN超晶格层的生长工艺，可以沿着位错缺陷产生V-pits，从而阻挡载流子在位错缺陷处产生非辐射复合；此外，由于AlGaN具有较高的势垒，在n-GaN层和发光层之间插入低温AlGaN/GaN超晶格层，可以在电子注入的纵向将电子减速，有助于电流的横向扩展，进一步提升LED的发光效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术中紫外GaN基LED外延结构的结构示意图；图2为本专利技术中低温AlGaN/GaN超晶格层的结构示意图；图3为本专利技术中低温InGaN/AlGaN紫外发光层的结构示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外GaN基LED外延结构，其特征在于，所述LED外延结构依次包括：衬底；位于所述衬底上的低温缓冲层；位于所述低温缓冲层上的高温u‑GaN层；位于所述高温u‑GaN层上的高温n‑GaN层；位于所述高温n‑GaN层上的低温AlGaN/GaN超晶格层，所述低温AlGaN/GaN超晶格层包括层叠设置的低温AlGaN层和低温GaN层；位于所述低温AlGaN/GaN超晶格层上的低温InGaN/AlGaN紫外发光层，所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层包括层叠设置的低温InGaN量子阱层和低温AlGaN量子垒层，所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层的发光波长为365~390nm；位于所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层上的高温p‑AlGaN电子阻挡层；位于所述高温p‑AlGaN电子阻挡层上的高温p‑GaN层。

【技术特征摘要】
1.一种紫外GaN基LED外延结构，其特征在于，所述LED外延结构依次包括：衬底；位于所述衬底上的低温缓冲层，所述低温缓冲层为在500~550℃、200~500Torr条件下生长而得；位于所述低温缓冲层上的高温u-GaN层，所述高温u-GaN层为在1040~1100℃、100~300Torr条件下生长而得；位于所述高温u-GaN层上的高温n-GaN层，所述高温n-GaN层在1040~1070℃、100~200Torr条件下生长而得；位于所述高温n-GaN层上的低温AlGaN/GaN超晶格层，所述低温AlGaN/GaN超晶格层包括层叠设置的低温AlGaN层和低温GaN层，所述低温AlGaN/GaN超晶格层为在700~800℃、200~300Torr条件下生长而得；位于所述低温AlGaN/GaN超晶格层上的低温InGaN/AlGaN紫外发光层，所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层包括层叠设置的低温InGaN量子阱层和低温AlGaN量子垒层，所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层的发光波长为365~390nm，所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层为在750~900℃、200~300Torr条件下生长而得；位于所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层上的高温p-AlGaN电子阻挡层，所述高温p-AlGaN电子阻挡层为在800~1000℃、100~400Torr条件下生长而得；位于所述高温p-AlGaN电子阻挡层上的高温p-GaN层，所述高温p-GaN层为在800~1000℃、100~400Torr条件下生长而得。2.根据权利要求1所述的紫外GaN基LED外延结构，其特征在于，所述低温AlGaN/GaN超晶格层包括3~15个周期层叠设置的低温AlGaN层和低温GaN层。3.根据权利要求2所述的紫外GaN基LED外延结构，其特征在于，所述低温AlGaN/GaN超晶格层中，每层低温AlGaN层的厚度为1~5nm，每层低温GaN层的厚度为1~5nm。4.根据权利要求1所述的紫外GaN基LED外延结构，其特征在于，所述低温AlGaN/GaN超晶格层中低温AlGaN层的Al组分为0.01~0.05。5.根据权利要求1所述的紫外GaN基LED外延结构，其特征在于，所述低温InGaN/AlGaN紫外发光层包括6~10个周期层叠...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯猛，陈立人，刘恒山，
申请(专利权)人：聚灿光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32