一种GaN基白光外延结构及其生长方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，特别涉及一种GaN基白光外延结构及其生长方法。该GaN基白光外延结构，包括由上至下依次设置的P

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基白光外延结构及其生长方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种GaN基白光外延结构及其生长方法。

技术介绍

[0002]氮化镓(GaN)因为具有稳定的化学性质，热稳定性，耐高温等优点，成为第三代半导体材料的代表。目前氮化镓基LED受到越来越多的关注和研究，其外延结构主体为：衬底、缓冲层、U
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GaN层、nAl、nGaN层、多量子阶有源区、P型层。当有电流通过时，N型区的电子和P型区的空穴进入多量子阶有源区并且复合，发出需要波段的可见光。蓝宝石衬底(PSS)是发光二极管制备中最早使用，也是最广泛使用的衬底。但是，蓝宝石与GaN之间存在着较大的晶格失配和热失配。较大的晶格失配和热失配会导致在蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜材料存在较高的位错，也会使外延层更容易发生翘曲和龟裂，使得后续的加工工艺困难。
[0003]在GaN基LED外延制备方面,较大的晶格失配和热失配一直是影响LED电性的重要因素。国内处理位错的方式主要是在衬底和GaN之间生长缓冲层以及GaN本征层，来降低外延层与异质衬底之间的大晶格失配与热失配。如公告号为CN209561451U的中国技术专利，公开了一种GaN基发光二极管外延片，包括蓝宝石衬底层、缓冲层—缓冲层、U
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GaN层、nGaN、MQW发光层、LT—pGaN层以及HT—pGaN层，但这种结构对位错的影响有限，且生长成本较高。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种减小位错的GaN基白光外延结构及其生长方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种GaN基白光外延结构，包括由上至下依次设置的P
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GaN层、多量子阶层、N
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GaN层、AlN
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层、AlN+层和蓝宝石衬底。
[0006]本专利技术的另一技术方案为：一种GaN基白光外延结构的生长方法，在蓝宝石衬底上依次生长AlN+层、AlN
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层、N
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GaN层、多量子阶层和P
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GaN层。
[0007]本专利技术的有益效果在于：本专利技术的GaN基白光外延结构在N
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GaN层和蓝宝石衬底之间设置AlN+层和AlN
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层，替代传统的缓冲层、U
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GaN层、N型AlGaN层。AlN+为三维结构，AlN
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为二维结构，能够更高效地减少外延层与异质衬底之间的晶格失配和热失配，减小位错，提升晶体质量，进一步促进产能。
附图说明
[0008]图1所示为本专利技术的实施例一的外延结构的结构示意图；
[0009]图2所示为本专利技术的对比例一的外延结构的结构示意图；
[0010]图3所示为本专利技术的实施例一的外延结构的位错对比图。
具体实施方式
[0011]为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0012]本专利技术最关键的构思在于：使用AlN+层和AlN
‑
层，替代传统的缓冲层、U
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GaN层、N型AlGaN层，起到减小位错提升晶体质量的作用。
[0013]请参照图1所示，本专利技术的GaN基白光外延结构，包括由上至下依次设置的P
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GaN层、多量子阶层、N
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GaN层、AlN
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层、AlN+层和蓝宝石衬底。
[0014]从上述描述可知，本专利技术的有益效果在于：本专利技术在N
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GaN层和蓝宝石衬底之间设置AlN+层和AlN
‑
层，替代传统的缓冲层、U
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GaN层、N型AlGaN层，能够更高效地减少外延层与异质衬底之间的晶格失配和热失配，减小位错，提升晶体质量，进一步促进产能。
[0015]进一步地，N
‑
GaN层和发光层之间设有应力释放层。
[0016]从上述描述可知，应力释放层K可消除LED中晶格失配带来的应力。
[0017]进一步地，多量子阶层和P
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GaN层之间设有电子阻挡层。
[0018]从上述描述可知，电子阻挡层的引入提高了对电子的限制能力，并提高了空穴的注入率，从而提高内量子效率和发光效率。
[0019]进一步地，P
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GaN层远离多量子阶层的一侧设有P型接触层。
[0020]本专利技术的另一技术方案为：一种GaN基白光外延结构的生长方法，在蓝宝石衬底上依次生长AlN+层、AlN
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层、N
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GaN层、多量子阶层和P
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GaN层。
[0021]从上述描述可知，本专利技术提出了一种更好地减小位错的GaN基外延结构生长方法，其利用在PVD(物理气相沉积)反应腔内生长的AlN+层和AlN
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层依次叠加形成的底层，取代现有在MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)反应腔内生产的缓冲层、U
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GaN层和N型AlGaN层传统底层。AlN+层和AlN
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层形成的底层拥有低位错密度，AlN+生长时形成三维“岛状”表面，AlN
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生长过程为“二维”层状生长，在三维“岛状”表面生长二维层状结构可使外延结构的位错降低，减小应力，起到了替代原有缓冲层，U
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GaN层的作用。还能提高晶体质量并大大地降低生产成本。
[0022]使用PVD生长底层比用MOCVD生长底层有优势，可减小位错，提升晶体质量，同时降低成本。
[0023]进一步地，生长AlN+层在反应腔中进行，反应腔的温度为550～750℃，向反应腔内通入20～40sccm氩气、150～240sccm氮气和1～2sccm氧气，持续时长5～10min。优选地，反应腔的温度为600～700℃
[0024]从上述描述可知，生长AlN+层时温度为550～750℃，可增加基片上AlN成膜时的能量，促进结晶，实现特定晶向的择优生长。AlN+层的Al含量比Al
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层低。
[0025]进一步地，AlN+层的厚度为250～320nm。优选地，AlN+层的厚度为280～300nm。
[0026]进一步地，生长AlN
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层在反应腔中进行，反应腔的温度为600～700℃，向反应腔内通入30～70sccm氩气、150～240sccm氮气和1.5～2.5sccm氧气，持续时长3～6min。
[0027]进一步地，AlN
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层的厚度为140～220nm。优选地，AlN
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层的厚度为170～200nm。
[0028]从上述描述可知，AlN+层和AlN
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层的厚度会影响AlN层上生长n型GaN的结晶质量。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN基白光外延结构，其特征在于，包括由上至下依次设置的P
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GaN层、多量子阶层、N
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GaN层、AlN
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层、AlN+层和蓝宝石衬底。2.根据权利要求1所述的GaN基白光外延结构，其特征在于，所述N
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GaN层和多量子阶层之间设有应力释放层。3.根据权利要求1所述的GaN基白光外延结构，其特征在于，所述多量子阶层和P
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GaN层之间设有电子阻挡层。4.根据权利要求1所述的GaN基白光外延结构，其特征在于，所述P
‑
GaN层远离多量子阶层的一侧设有P型接触层。5.一种GaN基白光外延结构的生长方法，其特征在于，在蓝宝石衬底上依次生长AlN+层、AlN
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层、N
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GaN层、多量子阶层和P
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GaN层。6.根据权利要求5所述的GaN基白光外延结构的生长方法，其特征在于，生长所述AlN+层在反应腔中进行，反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：马野，宋水燕，邹声斌，陈灵燕，魏守进，刘恒山，
申请(专利权)人：福建兆元光电有限公司，
类型：发明
国别省市：