GaN基LED外延结构的制备方法技术

本发明专利技术提供一种GaN基LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：提供生长衬底，在所述生长衬底上生长缓冲层；采用非连续生长工艺在所述缓冲层上生长未掺杂的GaN层；在所述未掺杂的GaN层上生长N型GaN层；在所述N型GaN层上生长InGaN/GaN超晶格量子阱结构；在所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构上生长InGaN/GaN多量子阱发光层结构；在所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构上依次生长AlGaN层、低温P型层及P型电子阻挡层；在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。采用非连续生长工艺在所述缓冲层上依次生长未掺杂的GaN层，可以有效地抑制外延结构中的线性缺陷，进而改善GaN基LED外延结构的发光效率。

Method for preparing GaN based LED epitaxial structure

The invention provides a preparation method of GaN based LED epitaxial structure, comprising the following steps: providing a substrate, on the growth substrate buffer layer; with non continuous growth process of the GaN undoped layer growth on the buffer layer; the growth of N type GaN layer in the GaN layer of the undoped on the growth of InGaN/GaN; the Superlattice Quantum Well Structure on the N type GaN layer; the InGaN/GaN Superlattice Quantum Well Structure on the growth of InGaN/GaN multiple quantum well light emitting layer structure; the light-emitting layer structure in turn on the growth of AlGaN layer and low temperature type P layer and the P type electron blocking layer in the InGaN/GaN multiple quantum wells; in the P type electron blocking layer on the growth of P type GaN layer. An undoped GaN layer is sequentially grown on the buffer layer by using a discontinuous growth process, and the linear defects in the epitaxial structure can be effectively suppressed so as to improve the luminous efficiency of the GaN based LED epitaxial structure.

【技术实现步骤摘要】
GaN基LED外延结构的制备方法
本专利技术属于半导体发光领域，特别是涉及一种GaN基LED外延结构的制备方法。
技术介绍
GaN基发光二极管(LED)应用范围越来越广，相比传统光源，发光二极管具有众多优势，如节能，长寿命，高光效，体积小等，正逐步成为一种重要的照明方式。GaN基发光二极管的发光效率是目前衡量LED的一个重要的参数。但由于在蓝宝石、SiC或Si衬底上生长GaN基薄膜的过程中，晶格常数和热膨胀系数的不同会导致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长之前，先生长一层缓冲层，这种方法极大程度上较少了线性缺陷，奠定了GaN基发光二极管发展的基础。然而，虽然在外延生长前先生长一层缓冲层可以有效地降低减少线性缺陷，但并不能完全消除线性缺陷的存在，在现有的外延生长工艺过程中，形成的外延结构内仍有大量的线性缺陷的存在。因此，有必要提供一种新型的GaN基LED外延结构的制备方法，以抑制外延结构中的线性缺陷。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种GaN基LED外延结构的制备方法，用于解决现有技术中制备的GaN基LED外延结构中存在较多线性缺陷的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种GaN基LED外延结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：提供生长衬底，在所述生长衬底上生长缓冲层；采用非连续生长工艺在所述缓冲层上生长未掺杂的GaN层；在所述未掺杂的GaN层上生长N型GaN层；在所述N型GaN层上生长InGaN/GaN超晶格量子阱结构；在所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构上生长InGaN/GaN多量子阱发光层结构；在所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构上依次生长AlGaN层、低温P型层及P型电子阻挡层；在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述生长衬底为蓝宝石衬底、GaN衬底、硅衬底或碳化硅衬底。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述缓冲层为GaN、AlGaN或AlGaN与GaN形成的周期性结构；所述缓冲层的生长温度为450℃～650℃，生长厚度为15nm～50nm。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，采用非连续生长工艺在所述缓冲层上依次生长未掺杂的GaN层包括：打开Ga源，在所述缓冲层上生长第一未掺杂GaN层；关闭所述Ga源，中断生长一段时间；再次打开Ga源，继续在所述第一未掺杂GaN层上生长第二未掺杂GaN层。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，关闭Ga源中断生长的时间为10s～5mins。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述第一未掺杂的GaN层及所述第二未掺杂的GaN层的生长温度均为1000℃～1200℃。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，关闭Ga源中断生长的过程中，生长环境内持续通入NH3。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述N型GaN层的生长温度为1000℃～1200℃；所述N型GaN层及所述未掺杂的GaN层的总生长厚度为1.5μm～4.5μm；所述N型GaN层内的掺杂元素为Si，Si的掺杂浓度为1e19cm-3～9e19cm-3。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构的生长温度为700℃～900℃；所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构的周期对数为3～30；InGaN势阱中In组分的摩尔含量为1％～5％；InGaN势阱的厚度为1nm～4nm，GaN势垒的厚度为1nm～9nm。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构的生长温度为700℃～900℃；所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构的周期对数为5～18；InGaN势阱中In组分的摩尔含量为15％～20％；InGaN势阱的厚度为2nm～4nm，GaN势垒的厚度为3nm～15nm。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述AlGaN层中Al组分的摩尔含量为2％～20％，所述AlGaN层的厚度范围为20nm～35nm；所述P型电子阻挡层为P型AlGaN、P型AlInGaN或P型AlGaN/GaN超晶格结构；所述P型电子阻挡层的总厚度范围为30nm～80nm，所述P型电子阻挡层中的掺杂元素为Mg，Mg掺杂浓度范围为1e18cm-3～1e19cm-3。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述P型GaN层的厚度为30nm～150nm；所述P型GaN层中的掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为5e18cm-3～1e20cm-3。如上所述，本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法，具有以下有益效果：采用非连续生长工艺在所述缓冲层上依次生长未掺杂的GaN层，可以有效地抑制外延结构中的线性缺陷，进而改善GaN基LED外延结构的发光效率。附图说明图1显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法的流程图。图2显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法中S1步骤呈现的结构示意图。图3显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法中S2步骤呈现的结构示意图。图4显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法中S3步骤呈现的结构示意图。图5显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法中S4步骤呈现的结构示意图。图6显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法中S5步骤呈现的结构示意图。图7显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法中S6步骤呈现的结构示意图。图8显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法中S7步骤呈现的结构示意图。元件标号说明1生长生长衬底2缓冲层3未掺杂的GaN层31第一未掺杂的GaN层32第二未掺杂的GaN层4N型GaN层5InGaN/GaN超晶格量子阱结构6InGaN/GaN多量子阱发光层结构7AlGaN层8低温P型层9P型电子阻挡层10P型GaN层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图8需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。请参阅图1，本专利技术提供一种GaN基LED外延结构的制备方法，所述制备方法包括一下步骤：S1：提供生长衬底，在所述生长衬底上生长缓冲层；S2：采用非连续生长工艺在所述缓冲层上生长未掺杂的GaN层；S3：在所述未掺杂的GaN层上生长N型GaN层；S4：在所述N型GaN层上生长InGaN/GaN超晶格量子阱结构；S5：在所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构上生长InGaN/GaN多量子阱发光层结构；S6：在所述InGaN/GaN多量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供生长衬底，在所述生长衬底上生长缓冲层；采用非连续生长工艺在所述缓冲层上生长未掺杂的GaN层；在所述未掺杂的GaN层上生长N型GaN层；在所述N型GaN层上生长InGaN/GaN超晶格量子阱结构；在所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构上生长InGaN/GaN多量子阱发光层结构；在所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构上依次生长AlGaN层、低温P型层及P型电子阻挡层；在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供生长衬底，在所述生长衬底上生长缓冲层；采用非连续生长工艺在所述缓冲层上生长未掺杂的GaN层；在所述未掺杂的GaN层上生长N型GaN层；在所述N型GaN层上生长InGaN/GaN超晶格量子阱结构；在所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构上生长InGaN/GaN多量子阱发光层结构；在所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构上依次生长AlGaN层、低温P型层及P型电子阻挡层；在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。2.根据权利要求1所述的GaN基LED外延结构的制备方法，其特征在于：所述生长衬底为蓝宝石衬底、GaN衬底、硅衬底或碳化硅衬底。3.根据权利要求1所述的GaN基LED外延结构的制备方法，其特征在于：所述缓冲层为GaN、AlGaN或AlGaN与GaN形成的周期性结构；所述缓冲层的生长温度为450℃～650℃，生长厚度为15nm～50nm。4.根据权利要求1所述的GaN基LED外延结构的制备方法，其特征在于：采用非连续生长工艺在所述缓冲层上依次生长未掺杂的GaN层包括：打开Ga源，在所述缓冲层上生长第一未掺杂GaN层；关闭所述Ga源，中断生长一段时间；再次打开Ga源，继续在所述第一未掺杂GaN层上生长第二未掺杂GaN层。5.根据权利要求4所述的GaN基LED外延结构的制备方法，其特征在于：关闭Ga源中断生长的时间为10s～5mins。6.根据权利要求4所述的GaN基LED外延结构的制备方法，其特征在于：所述第一未掺杂的GaN层及所述第二未掺杂的GaN层的生长温度均为1000℃～1200℃。7.根据权利要求4所述的GaN基LED外延结构的制备方法，其特征在于：关闭Ga源中断生长的过程中，生长环境内持续通入NH3。8.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：琚晶，马后永，游正璋，张宇，李起鸣，徐慧文，
申请(专利权)人：映瑞光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31