一种发光二极管外延结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管外延结构及其制造方法。该发光二极管外延结构顺序包括：外延衬底、LT-GaN成核层、高温非掺杂缓冲层、P-GaN层、P-AlGaN层、阻挡扩散层、MQW发光层、InGaN电流扩展层、N-ZnO层和表面粗化的ZnO层。其制造方法包括如下步骤：外延衬底预处理；生长成核层；生长缓冲层；生长P-GaN层；生长P-AlGaN层；生长阻挡扩散层；生长MQW发光层；生长InGaN电流扩展层；生长N-ZnO层；生长表面粗化的ZnO层。采用本发明专利技术制造方法得到的发光二极管外延结构，不仅能获得优异的电性和光学特性，提高了内量子效率和抗ESD能力，而且能够减少全反射造成损失的光，极大提高外量子效率，获得高亮度的发光二极管，大大促进LED行业的发展和可持续发展的目标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体发光二极管
，具体涉及，特别涉及一种用N-ZnO替代N-GaN的发光二极管外延结构及其制造方法。
技术介绍
自从上世纪90年代初GaN-LED (氮化镓发光二极体)商业化以来，从信号指示、交通信号灯、景观亮化、车用照明、背光光源到通用照明等，LED产品应用领域迅速扩大。虽然GaN-LED的结构发展日趋成熟，相比MGaInP系材料的成熟，GaN-LED P 型材料的质量仅是勉强可以使用。再加上其如图1所示按顺序生长的外延结构(衬底 (Substrate)/N-GaN/ (InGaN/GaN)MQff/P-GaN 的 LED)，及 MGaN 材料热稳定性不高的特性， 使得传统的GaN-LED外延结构的P-GaN生长温度不能太高，因而难以获得高质量、良好电导率的P型材料层，从而影响器件的性能。现在解决上述问题的办法是折中法，即选择P-GaN生长温度介于MQW和N-GaN 之间的生长温度，以期获得质量较好的MQW且质量不太差的P-GaN。但是，采用该折中法制作的平面电极结构如图2所示，N电极在下，P电极在上，导致该LED结构受到反向ESD (Electro-Static discharge静电释放)时，Mesa (平台)处的N电极通过的电流密度不均， 从而会产生过高电场，造成ESD对靠近N电极的P/N击穿。实践证明这是引起此类GaN-LED 发光效率较低、器件性能不够完美的主要原因，所以如何更进一步提升GaN-LED外延结构的质量，仍是人们重点研究的方向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是提供一种发光二极管外延结构，解决现有技术中MQW和P-GaN材料性能和电极结构不足以满足高性能应用领域需求的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种发光二极管外延结构沟，包括外延衬底，以及顺序生长在外延衬底一侧的=LT-GaN 成核层、高温非掺杂缓冲层、P-GaN层、P-AWaN层、阻挡扩散层、MQff发光层、InGaN电流扩展层、N-ZnO层和表面粗化的ZnO层。本专利技术所要解决的技术问题之二是相应的提供一种发光二极管外延结构的制造方法，解决现有技术中MQW和P-GaN材料性能和电极结构不足以满足高性能应用领域需求的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案 一种发光二极管外延结构的制造方法，包括如下步骤51)、外延衬底预处理对外延衬底进行热处理及预氮化；52)、生长成核层在预处理后的外延衬底上一层LT-GaN或LT-AlN层，作为后续生长高质量U-GaN层或U-AlN层的成核层；53)、生长缓冲层在成核层上生长一层U-GaN层或U-AlN层，作为后续生长高质量P-GaN层的缓冲层；54)、生长P-GaN层在缓冲层上生长P-GaN层；55)、生长P-AlGaN层在P-GaN层上生长P-AlGaN层；56)生长阻挡扩散层在P-AWaN层上生长U-GaN层；57)生长MQW发光层在U-GaN层上生长MQW发光层；58)生长InGaN电流扩展层在MQW发光层上生长InGaN电流扩展层；59)生长N-ZnO层在InGaN电流扩展层上生长N-ZnO层作为LED的N型导电层； S10)生长表面粗化的ZnO层在N-ZnO层上生长表面粗化的ZnO层，以提高外量子效率。优选的技术方案中，步骤Sl)中具体而言是将衬底材料放入MOCVD反应炉内，保持温度为1050至1180摄氏度，压力为50至200毫巴，在H2气氛下进行表面清洁热处理0. 5 至30分钟；再将温度控制在500至600摄氏度，压力控制在50至800毫巴，通入NH3进行表面预氮化处理0. 5至10分钟。优选的技术方案中，步骤S2)中具体而言是以H2作为载气，控制温度为500至 600摄氏度，压力为200至800毫巴，通入NH3和TMGa (或TMAl)，在外延衬底上生长厚度为 18至40纳米的LT-GaN成核层(或LT-A1N成核层)。优选的技术方案中，步骤S3)中具体而言是以H2作为载气，控制温度为1050至 1180摄氏度，压力为200至600毫巴，通入NH3、TMGa(或TMAl)，在成核层上生长厚度为200 至800)纳米的U-GaN或U-AlN缓冲层。优选的技术方案中，步骤S4)中具体而言是以H2作为载气，控制温度为1050至 1180摄氏度，压力为50至800毫巴，通入NH3、TMGa、Cp2Mg，在缓冲层上生长厚度为200至 2000纳米的P-GaN层。进一步优选的技术方案中，生长P-GaN层期间，还进行了中断生长在线退火处理， 具体而言是生长20至500纳米厚度的P-GaN层后，降低反应炉温度到650至950摄氏度，切换反应炉气氛为氮气，提高反应炉压力到50至800毫巴，保持NH3的通入，停止TMGa、 Cp2Mg的通入，持续0. 5至10分钟；然后恢复生长P-GaN层，如此反复循环2至50次。优选的技术方案中，步骤S5)中具体而言是以H2作为载气，控制温度为1050至 1180摄氏度，压力为50至800毫巴，通入NH3、TMGa、TMAl、Cp2Mg，在P-GaN层上生长厚度为5至200纳米的P-AlGaN层。进一步优选的技术方案中，生长P-AKiaN层期间，还进行了中断生长在线退火处理，具体而言是生长5至20纳米厚度的P-AlGaN层后，降低反应炉温度到650至950摄氏度，切换反应炉气氛为氮气，提高反应炉压力到50至800毫巴，保持NH3的通入，停止TMGa、 TMAl、Cp2Mg的通入，持续0. 5至10分钟；然后恢复生长P-AWaN层，如此反复循环2至40次。优选的技术方案中，步骤S6)中具体而言是以H2作为载气，控制温度为1050至 1180摄氏度，压力为50至800毫巴，通入NH3 *TMGa，在电子限制层上生长5至50纳米厚度的非掺杂GaN层作为阻挡扩散层。优选的技术方案中，步骤S7)中具体而言是以N2或H2作为载气，控制温度为700 至900摄氏度，压力为100至600毫巴，通入NH3、TMGa (或TEfei)、TMIn、SiH4,在阻挡扩散层上生长3至12对量子阱hGaN/量子垒GaN，作为MQW发光层。优选的技术方案中，步骤S8)中具体而言是以N2作为载气，控制温度为700至 900摄氏度，压力为50至800毫巴，通入NH3、TMGa (或TEfei)、TMIn、SiH4,在MQW发光层上生长5至50纳米厚度的InGaN层作为电流扩展层。优选的技术方案中，步骤S9)中具体而言是将生长完电流扩展层的样品，放置在 ZnO层生长设备中，在氩气气氛下，控制温度为350至700摄氏度，压力为5至400毫巴，通入O2、DEZn、TMGa，生长50至5000纳米厚度的N-ZnO层，作为N型导电层；所述SiO层生长设备为MOCVD、MBE、PLD、Sputer设备中的一种。优选的技术方案中，步骤S10)中具体而言是在Ar气氛下，控制温度为350至 700摄氏度，压力为5至400毫巴，通入02、DEZn, TMGa，生长50至5000纳米厚度的N-SiO 层，作为LED结构中的表面粗化的N型导电ZnO层。本专利技术的有益效果是采用本专利技术采用发光二极管外延结构制造方法得到的一种发光二极管外延结构具有如下优本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种发光二极管外延结构，其特征在于，该发光二极管外延结构包括外延衬底，以及顺序生长在外延衬底一侧的：ＬＴ－ＧａＮ成核层、高温非掺杂缓冲层、Ｐ－ＧａＮ层、Ｐ－ＡｌＧａＮ层、阻挡扩散层、ＭＱＷ发光层、ＩｎＧａＮ电流扩展层、Ｎ－ＺｎＯ层和表面粗化的ＺｎＯ层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，王孟源，童存声，
申请(专利权)人：中山大学佛山研究院，佛山市中昊光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44