一种提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构制造技术

本发明专利技术提出一种提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构，所述外延结构为由蓝宝石衬底、复合缓冲层、非故意掺杂高温GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、p型AlGaN层和p型GaN层依次层叠的层叠结构。本发明专利技术的外延结构在蓝宝石衬底与非故意掺杂高温GaN层之间没有低温GaN缓冲层，只有复合缓冲层，且复合缓冲层为采用非MOCVD方法制备的Al2O3/AlN周期性结构。这种结构不仅可以提高GaN基LED发光效率，而且可以提高生产效率，降低生产成本。

A Composite Buffer Layer Epitaxy Structure for Improving the Production Efficiency of LED

The invention provides a composite buffer layer epitaxy structure for improving the production efficiency of LED. The epitaxy structure is a cascade structure consisting of sapphire substrate, composite buffer layer, unintentionally doped high temperature GaN layer, n-type GaN layer, InGaN/GaN multi-quantum well layer, p-type AlGaN layer and p-type GaN layer. The epitaxial structure of the invention has no low temperature GaN buffer layer between sapphire substrate and unintentionally doped high temperature GaN layer, only a composite buffer layer, and the composite buffer layer is Al2O3/AlN periodic structure prepared by non-MOCVD method. This structure can not only improve the luminous efficiency of GaN-based LED, but also improve the production efficiency and reduce the production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构
本专利技术属于GaN基LED生产领域，具体涉及一种提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构。
技术介绍
在GaN基LED的大规模生产中，外延生产是关键环节之一。外延生产中关键技术的采用推动了GaN基LED大规模应用，GaN基LED的大规模应用同时也促进了外延生产中关键技术的提高，它们是相辅相成，缺一不可的。在众多外延关键技术中，缓冲层技术发挥巨大作用。由于GaN与蓝宝石晶格失配严重，在GaN基LED的大规模外延生产中需要采用低温GaN缓冲层技术，以降低应力，提高GaN材料的晶体质量。为进一步提高GaN材料的晶体质量，中国专利CN106206897A提出一种GaN基LED外延结构的制造方法，该制造方法包括以下步骤：提供一平面型蓝宝石衬底，通过物理镀膜方式在蓝宝石衬底上沉积形成AlN缓冲层，将沉积AlN缓冲层的蓝宝石衬底置于MOCVD反应腔中，升温对AlN缓冲层进行退火，通过控制气氛及温度使AlN缓冲层形成局部富铝的金属态，然后在残余的AlN缓冲层上生长u-GaN层，最后在u-GaN层上依次生长n-GaN层、多量子阱发光层和p-GaN层。该方法仅采用AlN作为缓冲层，没有采用Al2O3缓冲层，GaN材料晶体质量还不够高。
技术实现思路
本专利技术针对现有生产技术存在的不足，提出一种提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构，该外延结构能够提高GaN基LED发光效率，提高生产效率，降低生产成本。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构，其特征在于，所述的外延结构为由蓝宝石衬底、复合缓冲层、非故意掺杂高温GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、p型AlGaN层和p型GaN层依次层叠的层叠结构，所述的复合缓冲层为Al2O3/AlN周期性结构，且该周期性结构通过蒸发、溅射、原子层沉积中的一种或多种组合制备。进一步地，所述的Al2O3/AlN周期性结构的周期数为m，2≤m≤100。进一步地，所述的蓝宝石衬底为蓝宝石平面衬底或蓝宝石图形衬底。进一步地，所述的复合缓冲层Al2O3/AlN周期性结构中Al2O3层和AlN层的厚度分别为α和β，0＜α＜50nm，0＜β＜50nm。进一步地，该外延结构通过如下步骤制成：(1)首先在蓝宝石衬底上采用原子层沉积方法制备Al2O3/AlN周期性结构，制备Al2O3层时，以三甲基铝和水为反应源，三甲基铝、吹扫、水和再吹扫的通入时间分别为0.2-0.5s、1-10s、0.1-0.5s、1-5s，生长温度为200-350℃，厚度为4-5nm；制备AlN层时，以三甲基铝和氨气为反应源，三甲基铝、吹扫、氨气和再吹扫的通入时间分别为0.2-0.5s、1-8s、0.1-0.5s、1-5s，生长温度为300-400℃，厚度为3.5-4.5nm，Al2O3/AlN周期性结构的周期数为2-5；待生长完成后，将具有Al2O3/AlN周期性结构的蓝宝石衬底在N2气氛下退火，退火温度为400-500℃，时间为5-15min；(2)将具有Al2O3/AlN周期性结构的蓝宝石衬底放入MOCVD反应室，在NH3气氛保护下升温至1060℃进行处理后，打开Ga源生长非故意掺杂高温GaN层，生长厚度为1-6μm；(3)调节GaN层的生长速率及反应室温度，打开SiH4阀门生长n型GaN层，生长厚度为1-3μm；(4)将温度降低至700-750℃，生长InGaN/GaN多量子阱层，量子阱周期为3-15；(5)将反应室温度升高至900-950℃，打开Mg源、Ga源和Al源，在NH3气氛下生长p型AlGaN层，厚度为10-50nm。(6)调节温度及生长速率打开Mg源和Ga源，在N2气氛下生长p型GaN层，厚度为10-30nm。(7)待反应室降温到150℃以下后，取出外延结构，得到所述的复合缓冲层外延结构。进一步地，所述的步骤(1)优选为：首先在蓝宝石图形衬底上采用原子层沉积方法制备Al2O3/AlN周期性结构，制备Al2O3层时，以三甲基铝和水为反应源，三甲基铝、吹扫、水和再吹扫的时间分别为0.2s、3s、0.2s和3s，生长温度为300℃，厚度为4.6nm；制备AlN层时，以三甲基铝和氨气为反应源，三甲基铝、吹扫、氨气和再吹扫的时间分别为0.2s、3.5s、0.2s和3.5s生长温度为350℃，厚度为4.0nm；Al2O3/AlN周期性结构的周期数为3；待生长完成后，将具有Al2O3/AlN周期性结构的蓝宝石衬底在N2气氛下退火，退火温度为450℃，时间为10min。本专利技术的有益效果：本专利技术在蓝宝石衬底与非故意掺杂高温GaN层之间没有低温GaN缓冲层，只有复合缓冲层，且该复合缓冲层为采用非MOCVD方法制备的Al2O3/AlN周期性结构。这种结构不仅可以提高GaN基LED发光效率，而且可以提高生产效率，降低生产成本。附图说明图1是本专利技术的提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构示意图。具体实施方式下面根据附图和优选实施例详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加清楚，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，一种提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构，由蓝宝石衬底、复合缓冲层、非故意掺杂高温GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、p型AlGaN层和p型GaN层依次层叠的层叠结构，复合缓冲层为Al2O3/AlN周期性结构。该外延结构在蓝宝石衬底与非故意掺杂高温GaN层之间没有低温GaN缓冲层，只有复合缓冲层，且该复合缓冲层为采用非MOCVD方法制备的Al2O3/AlN周期性结构，这种结构不仅可以提高GaN基LED发光效率，而且可以提高生产效率，降低生产成本。为了提高发光效率，Al2O3/AlN周期性结构的周期数m优选2≤m≤100。为了满足实际的生产要求，所述的蓝宝石衬底为蓝宝石平面衬底或蓝宝石图形衬底。为了提高晶体质量，所述的复合缓冲层Al2O3/AlN周期性结构中Al2O3层和AlN层的厚度分别为α和β，0＜α＜50nm，0＜β＜50nm。实施例1本实施例为以蓝宝石图形衬底作为生长衬底，首先采用原子层沉积方法在蓝宝石图形衬底上制备Al2O3/AlN周期性结构即复合缓冲层，然后采用MOCVD方法在具有所述Al2O3/AlN周期性结构的蓝宝石衬底上制备LED外延结构。具体制备方法如下：(1)首先在蓝宝石图形衬底上采用原子层沉积方法制备Al2O3/AlN周期性结构，制备Al2O3层时，以三甲基铝和水为反应源，三甲基铝、吹扫、水和再吹扫的通入时间分别为0.2s、3s、0.2s和3s，生长温度为300℃，厚度为4.6nm；制备AlN层时，以三甲基铝和氨气为反应源，三甲基铝、吹扫、氨气和再吹扫的通入时间分别为0.2s、3.5s、0.2s和3.5s，生长温度为350℃，厚度为4.0nm；Al2O3/AlN周期性结构的周期数为3；待生长完成后，将具有Al2O3/AlN周期性结构的蓝宝石衬底在N2气氛下退火，退火温度为450℃，时间为10min；(2)将具有Al2O3/AlN周期性结构的蓝宝石衬底放入MOCVD反应室，在NH3气氛保护下升温至10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构，其特征在于，所述的外延结构为由蓝宝石衬底、复合缓冲层、非故意掺杂高温GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、p型AlGaN层和p型GaN层依次层叠的层叠结构，所述的复合缓冲层为Al2O3/AlN周期性结构，且该周期性结构通过蒸发、溅射、原子层沉积中的一种或多种组合制备。

【技术特征摘要】
1.一种提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构，其特征在于，所述的外延结构为由蓝宝石衬底、复合缓冲层、非故意掺杂高温GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、p型AlGaN层和p型GaN层依次层叠的层叠结构，所述的复合缓冲层为Al2O3/AlN周期性结构，且该周期性结构通过蒸发、溅射、原子层沉积中的一种或多种组合制备。2.根据权利要求1所述的提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构，其特征在于，所述的Al2O3/AlN周期性结构的周期数为m，2≤m≤100。3.根据权利要求1所述的提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构，其特征在于，所述的蓝宝石衬底为蓝宝石平面衬底或蓝宝石图形衬底。4.根据权利要求1所述的提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构，其特征在于，所述的复合缓冲层Al2O3/AlN周期性结构中Al2O3层和AlN层的厚度分别为α和β，0＜α＜50nm，0＜β＜50nm。5.根据权利要求1所述的提高LED生产效率的复合缓冲层外延结构，其特征在于，该外延结构通过如下步骤制成：(1)首先在蓝宝石衬底上采用原子层沉积方法制备Al2O3/AlN周期性结构，制备Al2O3层时，以三甲基铝和水为反应源，三甲基铝、吹扫、水和再吹扫的通入时间分别为0.2-0.5s、1-10s、0.1-0.5s、1-5s，生长温度为200-350℃，厚度为4-5nm；制备AlN层时，以三甲基铝和氨气为反应源，三甲基铝、吹扫、氨气和再吹扫的通入时间分别为0.2-0.5s、1-8s、0.1-0.5s、1-5s，生长温度为300-400℃，厚度为3.5-4.5nm，Al2O3/AlN周期性结构的周期数为2-5；待生长完成后，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙一军，程志渊，盛况，周强，孙颖，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33