一种带复合缓冲层的LED外延结构制造技术

一种带复合缓冲层的LED外延结构，涉及发光二极管外延技术领域。本发明专利技术结构从下到上依次包括蓝宝石衬底层、缓冲层、u型GaN层、n型GaN层、量子阱发光层、电子阻挡层和p型GaN层。其结构特点是，所述缓冲层为复合缓冲层。缓冲层包括从下到上依次生长的低温缓冲层、高温GaN层以及低温缓冲插入层或者中温缓冲插入层。同现有技术相比，本发明专利技术通过在高温GaN外延层中插入低温缓冲层或者中温缓冲层，来实现降低位错密度，以提高晶体结构质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光二极管外延
，特别是带复合缓冲层的LED外延结构。
技术介绍
由于缺乏晶格常数匹配、热胀系数接近的热稳定的衬底材料，要生长平坦、没有裂纹、低位错密度的高质量GaN外延层非常困难。而降低缺陷密度是提高GaN基材料性能和寿命的关键。GaN与蓝宝石晶格失配、热失配很大，若直接在蓝宝石衬底上生长高温GaN，则GaN的生长是典型的三维生长机制。经历了孤立成岛，岛长大，三维生长和形成不平整面的过程，会出现具有凹凸不平的六角锥状生长图形，表面粗糙并且晶体质量差，不能得到平整光洁的高质量薄膜，完整性不好，缺陷密度大，造成GaN膜中背景载流子浓度高。为了在蓝宝石衬底上生长出表面平整的高质量的GaN材料，提高GaN外延层结晶质量和光电特性，发现先在蓝宝石衬底上以较低温度生长一个缓冲层可缓解因晶格失配引起的应力，使缓冲层里的位错和缺陷密度大大的减少，如图1所示。由于缓冲层低温生长的无定型性质，释放了GaN和衬底之间的晶格失配产生的应力以及由于热膨胀系数失配所产生的热应力，之后又在低温缓冲层基础上进行高温氢化、氮化，使衬底得到一个良好的表面。现有技术中，使用MOCVD在蓝宝石衬底上生长工艺流程是：先在600℃以下的低温沉积一层很薄的GaN或AlN作为缓冲层(buffer)，然后再采用1000℃以上的高温在缓冲层上生长GaN；此生长可以一定程度地降低外延层中位错密度，但是平均位错密度仍然高达108－-1010/cm2，直接影响了晶体结构质量。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种带复合缓冲层的LED外延结构。它通过在高温GaN外延层中插入低温缓冲层或者中温缓冲层，来实现降低位错密度，以提高晶体结构质量。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：一种带复合缓冲层的LED外延结构，它从下到上依次包括蓝宝石衬底层、缓冲层、u型GaN层、n型GaN层、量子阱发光层、电子阻挡层和p型GaN层。其结构特点是，所述缓冲层为复合缓冲层。缓冲层包括从下到上依次生长的低温缓冲层、高温GaN层以及低温缓冲插入层或者中温缓冲插入层。在上述LED外延结构中，所述低温缓冲插入层的生长温度为500-600℃，生长压力为500-600Torr，生长时间为145-195s，无掺杂。在上述LED外延结构中，所述中温缓冲插入层的生长温度为700-900℃，生长压力为500-600Torr，生长时间为145-195s，无掺杂。本专利技术由于采用了上述结构，在高温GaN外延层和U型GaN层之间插入低温缓冲插入层或者中温缓冲插入层，有利于降低位错密度、提高了晶体结构质量。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是现有技术中LED外延结构示意图；图2是本专利技术实施例中一种LED外延结构示意图；图3是本专利技术实施例中另一种LED外延结构示意图。具体实施方式参看图2和图3，本专利技术带复合缓冲层的LED外延结构从下到上依次包括蓝宝石衬底层1、缓冲层2、u型GaN层3、n型GaN层4、量子阱发光层5、电子阻挡层6和p型GaN层7。缓冲层2为复合缓冲层，缓冲层2包括从下到上依次生长的低温缓冲层21、高温GaN层22以及低温缓冲插入层231或者中温缓冲插入层232。低温缓冲插入层231的生长温度为500-600℃，生长压力为500-600Torr，生长时间为145-195s，无掺杂。中温缓冲插入层232的生长温度为700-900℃，生长压力为500-600Torr，生长时间为145-195s，无掺杂。本专利技术中缓冲层2的具体生长可以采用以下几种实施方式：实施例一生长低温缓冲层21，温度为550℃，生长压力550Torr，生长145s；再升温至1035℃生长2200s高温GaN层22，然后降温生长145s低温缓冲插入层231，温度为500℃，生长压力500Torr。实施例二生长低温缓冲层21，温度为550℃，生长压力550Torr，生长145s；再升温至1035℃生长2200s高温GaN层22；然后降温生长175s低温缓冲插入层231，温度为550℃，生长压力550Torr。实施例三生长低温缓冲层21，温度为550℃，生长压力550Torr，生长145s；再升温至1035℃生长2200s高温GaN层22；然后降温生长195s低温缓冲插入层231，温度为600℃，生长压力600Torr。实施例四生长低温缓冲层21，温度为550℃，生长压力550Torr，生长145s；再升温至1035℃生长2200s高温GaN层22；然后降温生长145s中温缓冲插入层232，温度为700℃，生长压力500Torr。实施例五生长低温缓冲层21，温度为550℃，生长压力550Torr，生长145s；再升温至1035℃生长2200s高温GaN层22；然后降温生长170s中温缓冲插入层232，温度为800℃，生长压力550Torr。实施例六生长低温缓冲层21，温度为550℃，生长压力550Torr，生长145s；再升温至1035℃生长2200s高温GaN层22；然后降温生长195s中温缓冲插入层232，温度为900℃，生长压力600Torr。以上所述，仅为本专利技术的具体实施例，并不限于本专利技术的其它实施方式，凡属本专利技术的技术路线原则之内，所做的任何显而易见的修改、替换或改进，均应属于本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带复合缓冲层的LED外延结构，它从下到上依次包括蓝宝石衬底层（1）、缓冲层（2）、u型GaN层（3）、n型GaN层（4）、量子阱发光层（5）、电子阻挡层（6）和p型GaN层（7），其特征在于：所述缓冲层（2）为复合缓冲层，缓冲层（2）包括从下到上依次生长的低温缓冲层（21）、高温GaN层（22）以及低温缓冲插入层（231）或者中温缓冲插入层（232）。

【技术特征摘要】
1.一种带复合缓冲层的LED外延结构，它从下到上依次包括蓝宝石衬底层（1）、缓冲层（2）、u型GaN层（3）、n型GaN层（4）、量子阱发光层（5）、电子阻挡层（6）和p型GaN层（7），其特征在于：所述缓冲层（2）为复合缓冲层，缓冲层（2）包括从下到上依次生长的低温缓冲层（21）、高温GaN层（22）以及低温缓冲插入层（231）或者中温缓冲插入层（232）。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荣荣，李鹏飞，林政志，曾颀尧，郑建钦，田宇，徐晶，王朋乔，韦春余，
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