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GaN基LED外延结构及其制造方法，所述LED外延结构依次包括：衬底；缓冲层；非故意掺杂GaN层；n型GaN层；InxGa1‑xN/GaN应力释放层，所述InxGa1‑xN/GaN应力释放层包括若干周期堆叠的InxGa1‑xN层和GaN层，InxGa1‑xN层中In与Ga的摩尔比为一定值；InyGa1‑yN/GaN多量子阱层，所述 InyGa1‑yN/GaN多量子阱层包括若干周期堆叠的 InyGa1‑yN量子阱层和GaN量子垒层，InyGa1‑yN量子阱层中In与Ga的摩尔比为一定值；p型GaN层。本发明专利技术通过氢气混入的方式控制In的组分，控制氢气的通入量，能够达到稳定且快速变化In组分的目的，提高了电子与空穴的复合效率，提升了内量子效率。

【技术实现步骤摘要】
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。GaN基发光二极管作为一种高效、环保和绿色新型固态照明光源，具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高及使用功耗低等优点，使其得以广泛应用。GaN基外延材料制作时会加入金属In来进行禁带宽度的调整，普遍的做法是靠着温度的控制来进行调整，但温度调整往往受限于反应室的温度控制系统，特别是大型或是生产型反应室，温度调整较为缓慢，不同区间升降温速率不同，若采取此种方式控制In组分将导致整批次呈现不均匀的现象。现有技术中，为解决因内建电场导致的符合效率下降问题，GaN基LED芯片中InGaN量子阱层通常采用In组分渐变或者是阶梯式变化的方式，实际生产上传统方式仍透过温度或是流量变化来控制，但此方式往往无法很好的量化控制，进而影响大规模生产的一致性，效果也难以获得保证。有鉴于此，为了解决上述技术问题，有必要提供一种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GaN基LED外延结构及其制造方法，本专利技术能够达到稳定且快速变化In组分的目的，提高了电子与空穴的复合效率，提升了内量子效率。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；位于所述衬底上的缓冲层；位于所述缓冲层上的非故意掺杂GaN层；位于所述非故意掺杂GaN层上的n型GaN层；位于所述n型GaN层上的InxGa1-xN/GaN应力释放层，所述InxGa1-xN/GaN应力释放层包括若干周期堆叠的InxGa1-xN层和GaN层，InxGa1-xN层中In与Ga的摩尔比为一定值，其中，In组分通过氢气混入的方式控制；位于所述InxGa1-xN/GaN应力释放层上的InyGa1-yN/GaN多量子阱层，所述InyGa1-yN/GaN多量子阱层包括若干周期堆叠的InyGa1-yN量子阱层和GaN量子垒层，InyGa1-yN量子阱层中In与Ga的摩尔比为一定值，其中，In组分通过氢气混入的方式控制；位于所述InyGa1-yN/GaN多量子阱层上的p型GaN层。作为本专利技术的进一步改进，所述InxGa1-xN/GaN应力释放层包括10~30个周期堆叠的InxGa1-xN层和GaN层，每个周期的厚度为2~10nm，每个周期中InxGa1-xN层和GaN层的厚度比为1:5~1:1。作为本专利技术的进一步改进，所述InyGa1-yN/GaN多量子阱层包括5~20个周期堆叠的InyGa1-yN量子阱层和GaN量子垒层，每个周期的厚度为5~25nm，每个周期中InyGa1-yN量子阱层和GaN量子垒层的厚度比为1:5~1:1。作为本专利技术的进一步改进，所述InxGa1-xN层中In与Ga的摩尔比为0.5~12；所述InyGa1-yN量子阱层中In与Ga的摩尔比为0.5~12。相应地，一种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1000~1200℃下进行表面清洁处理；S2、在400~700℃条件下，生长一层外延缓冲层；S3、在1000~1200℃条件下，生长2~4um的非故意掺杂GaN层；S4、在1000~1200℃条件下，生长2~4um的SiH4掺杂的n型GaN层；S5、在恒定第一温度条件下，通过氢气混入的方式控制In组分，外延生长InxGa1-xN层，InxGa1-xN层中In与Ga的摩尔比为一定值，然后在恒定第二温度条件下，外延生长GaN层，重复生长若干周期堆叠的InxGa1-xN层和GaN层，形成InxGa1-xN/GaN应力释放层；S6、在恒定第三温度条件下，通过氢气混入的方式控制In组分，外延生长InyGa1-yN量子阱层，InyGa1-yN量子阱层中In与Ga的摩尔比为一定值，然后在恒定第四温度条件下，外延生长GaN量子垒层，重复生长若干周期堆叠的InyGa1-yN量子阱层和GaN量子垒层，形成InyGa1-yN/GaN多量子阱层；S7、在800~1200℃条件下，生长20~80nm的p型GaN层。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S5中的第一温度较第二温度低0~150℃，步骤S6中的第三温度较第四温度低0~150℃，且第三温度较第一温度低0~150℃。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S5中，在若干周期中，氢气通入量与In组分的变化呈线性关系，氢气通入量为0.01~1L，InxGa1-xN层中In组分变化x为0.01~0.2，InxGa1-xN层中In与Ga的摩尔比为0.5~12。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S6中，在若干周期中，氢气通入量与In组分的变化呈线性关系，氢气通入量为0.01~1L，InyGa1-yN量子阱层中In组分变化x为0.03~0.5，InyGa1-yN量子阱层中In与Ga的摩尔比为0.5~12。作为本专利技术的进一步改进，在若干周期中，所述步骤S5和/或S6中氢气的通入量为恒定或渐变。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S5和/或S6中氢气为单个周期通入或多个周期通入。与现有技术相比，本专利技术采用恒温生长InxGa1-xN/GaN应力释放层中的InxGa1-xN层及InyGa1-yN/GaN多量子阱层中的InyGa1-yN量子阱层，通过氢气混入的方式控制In的组分，控制氢气的通入量，能够达到稳定且快速变化In组分的目的，提高了电子与空穴的复合效率，提升了内量子效率，避免了因为温度波动引起的失控以及In聚集造成晶体质量下降的问题。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GaN基LED外延结构的结构示意图；图2为本专利技术中InxGa1-xN/GaN应力释放层的结构示意图；图3为本专利技术中InyGa1-yN/GaN多量子阱层的结构示意图。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，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。参图1所示，本专利技术中公开了一种GaN基LED外延结构，从下向上依次包括：衬底10、缓冲层20、非故意掺杂GaN层30、n型GaN层40、InxGa1-xN/GaN应力释放层50、InyGa1-yN/GaN多量子阱层60、及p型GaN层70。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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；位于所述衬底上的缓冲层；位于所述缓冲层上的非故意掺杂GaN层；位于所述非故意掺杂GaN层上的n型GaN层；位于所述n型GaN层上的InxGa1‑xN/GaN应力释放层，所述InxGa1‑xN/GaN应力释放层包括若干周期堆叠的InxGa1‑xN层和GaN层，InxGa1‑xN层中In与Ga的摩尔比为一定值；位于所述InxGa1‑xN/GaN应力释放层上的InyGa1‑yN/GaN多量子阱层，所述InyGa1‑yN/GaN多量子阱层包括若干周期堆叠的InyGa1‑yN量子阱层和GaN量子垒层，InyGa1‑yN量子阱层中In与Ga的摩尔比为一定值；位于所述InyGa1‑yN/GaN多量子阱层上的p型GaN层。

【技术特征摘要】
1.一种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；位于所述衬底上的缓冲层；位于所述缓冲层上的非故意掺杂GaN层；位于所述非故意掺杂GaN层上的n型GaN层；位于所述n型GaN层上的InxGa1-xN/GaN应力释放层，所述InxGa1-xN/GaN应力释放层包括若干周期堆叠的InxGa1-xN层和GaN层，InxGa1-xN层中In与Ga的摩尔比为一定值，其中，In组分通过氢气混入的方式控制；位于所述InxGa1-xN/GaN应力释放层上的InyGa1-yN/GaN多量子阱层，所述InyGa1-yN/GaN多量子阱层包括若干周期堆叠的InyGa1-yN量子阱层和GaN量子垒层，InyGa1-yN量子阱层中In与Ga的摩尔比为一定值，其中，In组分通过氢气混入的方式控制；位于所述InyGa1-yN/GaN多量子阱层上的p型GaN层。2.根据权利要求1所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述InxGa1-xN/GaN应力释放层包括10~30个周期堆叠的InxGa1-xN层和GaN层，每个周期的厚度为2~10nm，每个周期中InxGa1-xN层和GaN层的厚度比为1:5~1:1。3.根据权利要求1所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述InyGa1-yN/GaN多量子阱层包括5~20个周期堆叠的InyGa1-yN量子阱层和GaN量子垒层，每个周期的厚度为5~25nm，每个周期中InyGa1-yN量子阱层和GaN量子垒层的厚度比为1:5~1:1。4.根据权利要求1所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述InxGa1-xN层中In与Ga的摩尔比为0.5~12；所述InyGa1-yN量子阱层中In与Ga的摩尔比为0.5~12。5.一种GaN基LED外延结构的制造方法，其特征在于，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1000~1200℃下进行表面清洁处理；S2、在400~700℃条件下，生长一层外延缓冲层；S3、在1000~1200℃条件下，生长2~4um的非故意掺杂GaN层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立人，冯猛，
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