[发明专利]一种GaN基LED超晶格缓冲层结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED外延层及其制备方法，特别是涉及一种GaN基LED超晶格缓冲层结构及其制备方法。

背景技术

MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。MOCVD是以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长原材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种III-V族、II-VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常MOCVD系统中的晶体生长都是在常压或低压(10-100Torr)下通H₂的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行，衬底温度为500-1200℃，用灯丝加热石墨盘(衬底基片在石墨盘上方)，H2通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。

利用MOCVD设备生长GaN外延，一般需要将蓝宝石衬底置入反应室进行反应。由于蓝宝石和GaN之间的晶格存在失配，在生长时会产生位错影响结晶质量。为了尽量减小这些位错的影响，在生长高纯度GaN单晶时，一般需要先在蓝宝石上生长一层GaN缓冲层，再生长GaN单晶。缓冲层的成分和生长条件对GaN晶体的结晶质量有着至关重要的作用。

目前的MOCVD机台生长大尺寸外延片，尤其是使用图形衬底时，由于衬底和外延之间的晶格失配以及热形变差产生的应力会使外延片发生翘曲现象，翘曲使得在生长量子阱时外延片中心位置比边缘更靠近或紧挨石墨盘Pocket的表面，从而使中心部分温度高于边缘部分，最终导致外延片中心部分的发光波长要比边缘部分短。由于大尺寸外延片面积较大，将加剧外延中心部分和边缘部分的波长差，这将对后续的芯片制成以及分选工作造成时间和成本的大幅增加，同时也将导致外延片的波长良品率大幅度下降。

外延的缓冲层是处在蓝宝石衬底和GaN外延之间的连接层，其组分与生长条件将会对衬底和外延之间的晶格失配产生影响，改变外延片的应力分布从而改变生长过程中的翘曲程度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种GaN基LED超晶格缓冲层结构及其制备方法，通过在GaN缓冲层中利用超晶格结构掺入Al原子，并优化Al/Ga的组分比例，实现改善外延片波长均匀性，以解决现有技术中由于衬底和外延之间的晶格失配以及热形变差产生的应力会使外延片发生翘曲现象的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种GaN基LED超晶格缓冲层结构，所述超晶格缓冲层结构为由多个GaN层及多个Al_1-xGa_xN层相互交替层叠的层叠结构，其中，0.01≤x≤1，且各该Al_1-xGa_xN层中Ga组分x随层叠数的增加而递增。

在本发明的GaN基LED超晶格缓冲层结构中，所述交替层叠数为2～30。

在本发明的GaN基LED超晶格缓冲层结构中，随着层叠数的增加，所述Al_1-xGa_xN层与所述GaN层的厚度比递增。优选地，同一层叠的所述Al_1-xGa_xN层与所述GaN层的厚度比为0.1∶1～20∶1。

本发明还提供一种GaN基LED超晶格缓冲层结构的制备方法，所述制备方法至少包括：提供蓝宝石衬底，并在所述蓝宝石衬底上形成由多个GaN层及多个Al_1-xGa_xN层相互交替层叠的层叠结构，其中，0.01≤x≤1，且各该Al_1-xGa_xN层中Ga组分x随层叠数的增加而递增。

在本发明的GaN基LED超晶格缓冲层结构的制备方法中，所述交替层叠数为2～30。

在本发明的GaN基LED超晶格缓冲层结构的制备方法中，通过控制通入的Al原子数与Ga原子数的比值来控制所述Al_1-xGa_xN层中x的取值。

在本发明的GaN基LED超晶格缓冲层结构的制备方法中，随着层叠数的增加，所述Al_1-xGa_xN层与所述GaN层的生长时间比值递增。优选地，同一叠层的所述Al_1-xGa_xN层与所述GaN层的生长时间比值为0.1∶1～20∶1。