[发明专利]GaN基LED外延结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体发光领域，特别是涉及一种GaN基LED外延结构及其制备方法。

背景技术

由于LED外延结构与生长衬底之间存在较大的晶格常数及热膨胀系数失配(如蓝宝石生长衬底与GaN材料：16％失配)，使得外延结构生长过程中产生很多缺陷。这些缺陷成为电子与空穴非辐射性复合中心，降低内量子效率，而内量子效率对LED外延结构的亮度起着决定性的影响。传统上，在生长衬底上先生长一层30nm左右的低温GaN或者AlN作为缓冲层来减少线缺陷密度，进而外延生长GaN体材料和LED结构；图形生长衬底上生长的缓冲层对于后续生长的GaN晶体质量以及LED器件性能起到了极大的改善作用。

然而，采用低温GaN或AlN作为缓冲层虽然可以大幅度地减小线位错密度，提高晶体质量，但低温GaN或AlN缓冲层的晶体质量还有待进一步提高，后续外延生长的结晶质量不够好，外延结构需要达到一定的厚度，且外延生长速度较慢，进而影响了产能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种GaN基LED外延结构及其制备方法，用于解决现有技术中由于低温GaN或AlN作为缓冲层的晶体质量不够好而导致的后续外延结构的结晶质量不够好，外延结构需要达到一定的厚度，且外延生长速度较慢，进而影响产能的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种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，利用原子层沉积技术在所述生长衬底上形成AlN缓冲层；

在所述AlN缓冲层上依次生长未掺杂的GaN层及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生长P型电子阻挡层；

在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。

作为本发明的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。

作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述AlN缓冲层的厚度为1nm～30nm。

作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述未掺杂的GaN层及N型GaN层的生长温度为1000℃～1200℃，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1e18cm^-3～3e19cm^-3。

作为本发明的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。

作为本发明的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。

作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述P型电子阻挡层包括P型AlGaN、P型AlInGaN或P型AlGaN/GaN超晶格结构；所述P型电子阻挡层的厚度为30nm～80nm；所述P型电子阻挡层中的掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为5e18cm^-3～3.5e19cm^-3。

作为本发明的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。

本发明还提供一种GaN基LED外延结构，所述GaN基LED外延结构由下至上依次包括：AlN缓冲层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN超晶格量子阱结构、InGaN/GaN多量子阱发光层结构、P型电子阻挡层及P型GaN层。