[发明专利]改善GaN基外延片内波长集中度的外延结构及生长方法

说明书

 

技术领域

本发明属于Ⅲ-Ⅵ族氮化物材料制备技术领域，特别涉及一种新型的GaN外延结构，能够有效提高GaN基外延片内波长集中度的外延结构及其生长方法。

背景技术

发光二极管（LED，Light Emitting Diode）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以将电能直接转换为光能。当半导体PN结的两端加上正向电压后，注入PN结中的少数载流子和多数载流子发生复合，复合的能量以光的形式发射，可以形成各种颜色的光。

以GaN为代表的Ⅲ-Ⅵ族材料属于宽禁带半导体材料，在20世纪90年代之后得到迅猛发展。优异的耐腐蚀能力、高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率、高抗辐射能力，使得GaN为代表的Ⅲ-Ⅵ族材料成为新兴半导体产业的基础器件和核心材料，被誉为IT产业的发动机。GaN基材料是现代发光二极管的基石，已经实现工业化生产、在背光源、照明、景观灯等方面都有应用，具有高效、环保、节能、寿命长等显著特点，是一种新型固态冷光源。

目前在LED的外延制备过程中，工业生产均采用异质外延的生长方式。但异质外延会对LED带来不利影响，以蓝宝石衬底为例：蓝宝石和GaN材料之间存在很大的晶格失配和热失配，加上生长时，外延片受到高温产生的翘曲，使得片子生长表面不是一个理想的平面，这对LED外延片内波长集中度产生不利影响。鉴于此，有必要提供一种新的LED外延结构及生长方法以克服上述缺点。

 

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种改善GaN基外延片内波长集中度的外延结构及生长方法，通过在GaN非掺杂层后插入一层应力释放层AL_xGa_1-xN(0.05<x<0.25)，可以限制缺陷在向有源区延伸的同时，减少外延片的翘曲程度，使得材料在生长时，接近理想的平面，从而提高LED外延片内波长集中度，增强GaN基LED外延的良率。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种改善GaN基外延片内波长集中度的外延结构，该外延结构从下向上的顺序依次为：衬底、低温GaN缓冲层、GaN非掺杂层、AL_xGa_1-xN插入层、N型GaN层、多量子阱结构MQW、多量子阱有源层、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层和P型接触层；其特征在于，在所述GaN非掺杂层后插入一层AL_xGa_1-xN层，其中0.05<x<0.25。

一种改善GaN基外延片内波长集中度的外延结构的生长方法，在所述GaN非掺杂层后插入一层AL_xGa_1-xN层的方法是：当AL_xGa_1-xN层插入外延结构以后，在生长GaN非掺杂层时，该GaN非掺杂层流量相对不插入AL_xGa_1-xN层的情况减少10%~30%；在插入AL_xGa_1-xN层以后生长N型GaN层时，该N型GaN层流量相对不插入所述AL_xGa_1-xN层的情况减少0~20%。

所述AL_xGa_1-xN层的插入生长厚度保持在0-1μm之间。

本发明的优点在于，通过在GaN非掺杂层后插入一层应力释放层AL_xGa_1-xN(0.05<x<0.25)的方法，一方面，可以降低GaN非掺杂的厚度，另一方面可以限制缺陷在向有源区延伸的同时，减少外延片的翘曲程度，从而提高LED外延片内波长集中度，增强GaN基LED外延的良率。

附图说明

图1是本发明所提供的LED外延结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。