一种可提高亮度带3D层的LED外延结构制造技术

一种可提高亮度带3D层的LED外延结构，涉及发光二极管的外延技术领域。本发明专利技术从下至上依次包括蓝宝石衬底、AlN缓冲层、u‑GaN层、n‑AlGaN层、n‑GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、p‑GaN层和金属接触层。其结构特点是，所述AlN缓冲层和u‑GaN层之间置有高温高压n掺杂的3D层。3D层生长过程中通入SiH4进行n掺杂。同现有技术相比，本发明专利技术能有效的降低位错密度，提高晶体质量，提升发光二级管亮度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光二极管的外延
，特别是可以提高亮度带3D层的LED外延结构。
技术介绍
半导体LED具有体积小、耗电量低、使用寿命长、环保和兼顾耐用等优点，在照明、显示屏和背光光源等领域有着广泛的应用。大功率发光二极管已经被制作成固态照明光源推向市场，是未来取代传统照明的一种新型光源。且相对于Si、GaAs、InP等传统半导体材料来说，GaN材料具有宽禁带、高击穿场强、高电子饱和和速度等特性，因而被誉为第三代半导体材料的代表。GaNHEMT的输出功率密度要比GaAsFET高一个数量级以上，同时具有高的多的场强饱和电子飘逸速度，有望在100GHz以上的高频和高于300oC的温度下工作。GaN常采用金属有机化学气相外延法生长，然而由于GaN蓝宝石衬底与GaN晶格失配和热适配较大，因此在外延生长过程中，往往会引入大量的缺陷，如常见的穿透位错、V型位错等。故目前要获得高亮度GaN基LED，在技术上还面临诸多难题。其中一个主要问题是InxGa1-xN/GaN多量子阱中晶格失配引起的应力场造成辐射复合效率降低。InxGa1-xN/GaN多量子阱MQWs中晶格失配引起的应力场使得MQWs中能带发生倾斜，造成电子和空穴波函数在空间发生分离（量子限制斯塔克效应），从而降低辐射复合几率，导致亮度偏低。同时这些应力场会造成LED芯片很容易由于被静电作用引起被击穿，即ESD变差。现有技术中，用来减少外延片中缺陷密度的方法很多，主要由在蓝宝石衬底上形成微结构如纳米空洞等，在u-GaN(不掺杂Si)和n-GaN(Si掺杂)层之间插入一定厚度的n-AlGaNBulk来减少位错密度。在u-GaN(不掺杂Si)和n-GaN(Si掺杂)层之间插入一定厚度的n-AlGaNBulk结构能显著的减少外延层中的位错，然而在高亮度的LED器件中，常常需要较高的掺杂以提高载流子浓度，这就需要更进一步的在底层生长过程中寻找适当条件来更显著的减少位错密度。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种可提高亮度带3D层的LED外延结构。它能有效的降低位错密度，提高晶体质量，提升发光二级管亮度。为了达到上述专利技术目的，本专利技术的技术方案以如下方式实现：一种可提高亮度带3D层的LED外延结构，它从下至上依次包括蓝宝石衬底、AlN缓冲层、u-GaN层、n-AlGaN层、n-GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、p-GaN层和金属接触层。其结构特点是，所述AlN缓冲层和u-GaN层之间置有高温高压n掺杂的3D层。3D层生长过程中通入SiH4进行n掺杂。在上述提高亮度带3D层的LED外延结构中，所述3D层生长过程中Si浓度为2E+17atom/cm3­-5E+17atom/cm3，生长时间为20min，三甲基Ga流量为220sccm。在上述提高亮度带3D层的LED外延结构中，所述3D层在N2、H2或者N2和H2混合环境中生长，生长压力800mbar，生长温度在1100℃至1160℃之间。本专利技术由于采用了上述结构，能够在一定程度上减少由于晶格失配带来的缺陷密度，增加了辐射复合效率，从而提升芯片亮度。同时本专利技术外延结构还能够在一定程度上改善后续生长GaN的晶体质量，进而增强产品的抗静电能力。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式参看图1，本专利技术可提高亮度带3D层的LED外延结构从下至上依次包括蓝宝石衬底1、AlN缓冲层2、高温高压n掺杂的3D层3、u-GaN层4、n-AlGaN层5、n-GaN层6、多量子阱层7、电子阻挡层8、p-GaN层9和金属接触层10。3D层3生长过程中通入SiH4进行n掺杂，3D层3生长过程中Si浓度为2E+17atom/cm3­-5E+17atom/cm3，生长时间为20min，三甲基Ga流量为220sccm。3D层3在N2、H2或者N2和H2混合环境中生长，生长压力800mbar，生长温度在1100℃至1160℃之间。实施例一：本专利技术外延结构的制备方法是在金属有机物化学气相淀积MOCVD反应腔里进行的：首先将蓝宝石衬底1在氢气气氛中进行退火1min，清洁衬底表面，温度控制在1060℃之间，然后进行氮化处理；将反应室温度下降到500℃之间，生长一层20nm厚的低温生长的AlN缓冲层2，此生长过程中，生长压力为75mbar；低温生长的AlN缓冲层2生长结束后，对其在原位进行退火处理，退火温度在1000℃之间，时间4min之间；退火后将温度升至1100℃之间，压力升至800mbar，适量通入SiH4进行n掺杂，Si浓度为2E+17atom/cm3­atom/cm3，生长时间为20min，三甲基Ga流量220sccm，形成3D层3生长过程；3D层3生长过程结束后，将温度调至1140℃之间，生长厚度为2.2um之间的高温不掺杂的u-GaN层4，生长压力600mbar，时间50min；再将温度降低到1000℃，压力降至100mbar，生长10min的n-AlGaN层5；之后生长n-GaN层6，温度为1140℃，生长时间为30min，生长总厚度为3um，Si的浓度为8E+18atom/cm3；生长7个周期的InxGa1-xN/GaN多量子阱层7；生长完InxGa1-xN/GaN多量子阱层7之后，将温度调到800℃之间生长p-AlzGa1-zN电子阻挡层8，厚度为10nm，Mg的浓度为1E+20atom/cm3；电子阻挡层8生长结束后，生长一层厚度为30nm，Mg的浓度为1E+19atom/cm3的p-GaN层9；p-GaN层9生长结束后，生长一薄层p-InGaN金属接触层10，其生长温度在780℃之间，生长压力400mbar；生长结束后，将反应室温度降到150℃以下，结束整个外延生长过程。实施例二：本专利技术外延结构的制备方法是在金属有机物化学气相淀积MOCVD反应腔里进行的：首先将蓝宝石衬底1在氢气气氛中进行退火15min，清洁衬底表面，温度控制在1080℃，然后进行氮化处理；将反应室温度下降到650℃，生长一层30nm厚的低温生长的AlN缓冲层2，此生长过程中，生长压力为75mbar；低温生长的AlN缓冲层2生长结束后，对其在原位进行的退火处理，退火温度在1100℃，时间5min；退火后将温度升至1110℃，压力升至800mbar，适量通入SiH4进行n掺杂，Si浓度为3.5E+17atom/cm3，生长时间为20min，T三甲基流量220sccm，形成3D层3生长过程；3D层3生长过程结束后，将温度调至1165℃，生长厚度为2.5um的高温不掺杂的u-GaN层4，生长压力600mbar，时间50min；再将温度降低到1010℃，压力降至100mbar，生长10min的n-AlGaN层5；之后生长n-GaN层6，温度为1160℃，生长时间为35min，生长总厚度为3.5um，Si的浓度为1E+19atom/cm3；生长8个周期的InxGa1-xN/GaN多量子阱层7；生长完InxGa1-xN/GaN多量子阱层7之后，将温度调到900℃，生长p-AlzGa1-zN电子阻挡层8，厚度为100nm，Mg的浓度为1.5E+20atom/cm3；电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可提高亮度带3D层的LED外延结构，它从下至上依次包括蓝宝石衬底（1）、AlN缓冲层（2）、u‑GaN层（4）、n‑AlGaN层（5）、n‑GaN层（6）、多量子阱层（7）、电子阻挡层（8）、p‑GaN层（9）和金属接触层（10）；其特征在于：所述AlN缓冲层（2）和u‑GaN层（4）之间置有高温高压n掺杂的3D层（3），3D层（3）生长过程中通入SiH4进行n掺杂。

【技术特征摘要】
1.一种可提高亮度带3D层的LED外延结构，它从下至上依次包括蓝宝石衬底（1）、AlN缓冲层（2）、u-GaN层（4）、n-AlGaN层（5）、n-GaN层（6）、多量子阱层（7）、电子阻挡层（8）、p-GaN层（9）和金属接触层（10）；其特征在于：所述AlN缓冲层（2）和u-GaN层（4）之间置有高温高压n掺杂的3D层（3），3D层（3）生长过程中通入SiH4进行n掺杂。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟小林，程腾，胥真奇，林政治，赖志豪，曾颀尧，
申请(专利权)人：南通同方半导体有限公司，同方股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32