一种发光二极管的外延结构及外延生长方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管的外延结构及外延生长方法，属于半导体技术领域。所述外延结构包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、浅阱层、多量子阱层、低温P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、高温P型GaN层、P型GaN接触层，所述外延结构还包括层叠在所述蓝宝石衬底和所述GaN缓冲层之间的AlxGa1-xN缓冲层，0.3≤x≤0.8。本发明专利技术通过在主要成分为Al2O3的蓝宝石衬底和GaN缓冲层之间设置AlxGa1-xN缓冲层，可以有效减缓因Al2O3和GaN之间晶格失配产生的缺陷和位错，减少发光二极管的漏电通道，提高发光二极管的抗静电能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管的外延结构及外延生长方法。
技术介绍
发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的空穴与电子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。目前生产GaN基LED所用的衬底80％使用蓝宝石(Al2O3)衬底，然而Al2O3与GaN的晶格失配和热膨胀系数差异都很大，在外延生长过程中，引入了大量的晶格缺陷并产生了应力。这些位错往往会沿着晶格通过PN结中的发光层延伸到外延结构表面，形成穿透位错，使得LED的晶体质量变差，局部电流容易过大而造成失效，抗静电能力差。
技术实现思路
为了解决现有技术大量的位错造成LED抗静电能力差的问题，本专利技术实施例提供了一种发光二极管的外延结构及外延生长方法。所述技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管的外延结构，所述外延结构包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、浅阱层、多量子阱层、低温P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、高温P型GaN层、P型GaN接触层，所述外延结构还包括层叠在所述蓝宝石衬底和所述GaN缓冲层之间的AlxGa1-xN缓冲层，0.3≤x≤0.8。可选地，所述AlxGa1-xN缓冲层的厚度为2～8nm。另一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管的外延生长方法，所述外延生长方法包括：在蓝宝石衬底上生长AlxGa1-xN缓冲层，0.3≤x≤0.8；对所述AlxGa1-xN缓冲层进行高温退火处理；在所述AlxGa1-xN缓冲层上生长GaN缓冲层；在所述GaN缓冲层上生长未掺杂GaN层；在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；在所述N型GaN层上生长浅阱层；在所述浅阱层上生长多量子阱层；在所述多量子阱层上生长低温P型GaN层；在所述低温P型GaN层上生长P型AlGaN电子阻挡层；在所述P型AlGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层；在所述高温P型GaN层上生长P型GaN接触层。可选地，所述AlxGa1-xN缓冲层的厚度为2～8nm。可选地，所述AlxGa1-xN缓冲层的生长温度为500～650℃。可选地，所述AlxGa1-xN缓冲层的生长压力为50～200Torr。可选地，所述高温退火处理的温度为1000～1100℃。可选地，所述高温退火处理的时间为3～10min。可选地，在所述在蓝宝石衬底上生长AlxGa1-xN缓冲层之前，所述外延生长方法还包括：将所述蓝宝石衬底在1000～1200℃的H2气氛里进行高温清洁处理5～20min，并进行氮化处理。可选地，在所述高温P型GaN层上生长P型接触层之后，所述外延生长方法还包括：在600～900℃的PN2气氛里进行退火处理10～30min，并将温度逐渐降至室温。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在主要成分为Al2O3的蓝宝石衬底和GaN缓冲层之间设置AlxGa1-xN缓冲层，可以有效减缓因Al2O3和GaN之间晶格失配产生的缺陷和位错，减少发光二极管的漏电通道，提高发光二极管的抗静电能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本专利技术实施例一提供的一种发光二极管的外延结构的结构示意图；图2是本专利技术实施例二提供的一种发光二极管的外延生长方法的流程图；图3是本专利技术实施例三提供的一种发光二极管的外延生长方法的流程图；图4是本专利技术实施例四提供的一种发光二极管的外延生长方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一本专利技术实施例提供了一种发光二极管的外延结构，参见图1，该外延结构包括蓝宝石衬底1、以及依次层叠在蓝宝石衬底1上的AlxGa1-xN缓冲层2、GaN缓冲层3、未掺杂GaN层4、N型GaN层5、浅阱层6、多量子阱层7、低温P型GaN层8、P型AlGaN电子阻挡层9、高温P型GaN层10、P型GaN接触层11，0.3≤x≤0.8。在本实施例中，浅阱层6和多量子阱层7均包括交替层叠的InGaN层和GaN层。可选地，AlxGa1-xN缓冲层2的厚度可以为2～8nm。当AlxGa1-xN缓冲层2的厚度小于2nm时，无法有效缓解Al2O3和GaN之间的晶格失配；当AlxGa1-xN缓冲层2的厚度大于8nm时，会造成浪费，提高生产成本。可选地，GaN缓冲层3的厚度可以为10～30nm，V/III比为100～400。可选地，未掺杂GaN层4的厚度可以为1～2μm，V/III比为200～3000。可选地，N型GaN层5的厚度可以为1.5～3.5μm，V/III比为400～3000。可选地，浅阱层6中InGaN层和GaN层的层数之和可以为10～40层。可选地，浅阱层6中InGaN层的厚度可以为1～4nm，，V/III比为100～500；浅阱层6中GaN层的厚度可以为10～30nm，V/III比为100～500。可选地，多量子阱层7中InGaN层和GaN层的层数之和可以为12～30层。可选地，多量子阱层7中InGaN层的厚度可以为2～5nm，V/III比为100～500；多量子阱层7中GaN层的厚度可以为5～15nm，V/III比为100～500。可选地，低温P型GaN层8的厚度可以为30～120nm，V/III比为1000～4000。可选地，P型AlGaN电子阻挡层9的厚度可以为50～150nm，V/III比为1000～10000。可选地，高温P型GaN层10的厚度可以为50～150nm，V/III比为500～4000。可选地，P型GaN接触层11的厚度可以为3～10nm，V/III比为10000～20000。在本实施例中，V/III比为Ⅴ价原子与Ⅲ价原子的摩尔比。本专利技术实施例通过在主要成分为Al2O3的蓝宝石衬底和GaN缓冲层之间设置AlxGa1-xN缓冲层，可以有效减缓因Al2O3和GaN之间晶格失配产生的缺陷和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管的外延结构，所述外延结构包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、浅阱层、多量子阱层、低温P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、高温P型GaN层、P型GaN接触层，其特征在于，所述外延结构还包括层叠在所述蓝宝石衬底和所述GaN缓冲层之间的AlxGa1‑xN缓冲层，0.3≤x≤0.8。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管的外延结构，所述外延结构包括蓝宝石衬底、以及依次
层叠在所述蓝宝石衬底上的GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、浅阱
层、多量子阱层、低温P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、高温P型GaN
层、P型GaN接触层，其特征在于，所述外延结构还包括层叠在所述蓝宝石衬
底和所述GaN缓冲层之间的AlxGa1-xN缓冲层，0.3≤x≤0.8。
2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述AlxGa1-xN缓冲层
的厚度为2～8nm。
3.一种发光二极管的外延生长方法，其特征在于，所述外延生长方法包括：
在蓝宝石衬底上生长AlxGa1-xN缓冲层，0.3≤x≤0.8；
对所述AlxGa1-xN缓冲层进行高温退火处理；
在所述AlxGa1-xN缓冲层上生长GaN缓冲层；
在所述GaN缓冲层上生长未掺杂GaN层；
在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；
在所述N型GaN层上生长浅阱层；
在所述浅阱层上生长多量子阱层；
在所述多量子阱层上生长低温P型GaN层；
在所述低温P型GaN层上生长P型AlGaN电子阻挡层；
在所述P型AlGaN电子阻挡层上生长高温P型GaN层；
在所述高温P型GaN层...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖云飞，
申请(专利权)人：华灿光电苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32