[发明专利]一种蓝光LED外延结构及制备方法

说明书

本发明属于GaN基LED外延生长工艺技术领域，一种蓝光LED外延结构及制备方法。一种蓝光LED外延结构，包括蓝宝石衬底以及其上依次生长的ALGaN低温缓冲层、3D低温GaN粗化层、u型Gan晶格恢复层、n型Gan电子有源层、InGan/Gan超晶格发光层、P型AlGan电子阻挡层和P型Gan空穴有源层；与现有技术的Gan LED相比，具有更高晶体质量的势垒Gan材料，缺陷数量低，在高质量的Gan势垒层上可以获得更换的InGan势阱材料，也就是获得更理想InGan/Gan超晶格发光层，因此获得了低漏电高亮度的LED外延材料。

技术领域

本发明属于GaN基LED外延生长工艺技术领域，尤其涉及一种蓝光LED外延结构及制备方法。

背景技术

LED芯片行业竞争日益激烈，LED的各项性能也进步很快。各个LED厂家都加大LED外延和芯片的研发投入，积极更新现有工艺技术，主要提高LED芯片的光效和抗静电能力。LED的工艺技术水平直接影响各厂家的市场占有率和盈利能力。蓝光LED芯片的基础是GaN基外延片。在GaN基外延片上制作n金属电极和p金属电极获得LED芯片。因此具有高质量高光效的LED外延片是高光效高抗电能力LED芯片的关键基础。

目前市场上蓝光LED外延结构主要包括低温buffer缓冲层、3D低温粗化层、u型Gan晶格恢复层、n型Gan电子有源层、InGan/Gan超晶格发光层、P型AlGan电子阻挡层、P型Gan空穴有源层。其中InGan/Gan超晶格发光层即MQW层的势阱即量子阱和势垒的厚度比例，晶格应力失配和晶体质量等对蓝光LED的发光性能有重要影响。经过优化的InGan/Gan超晶格发光层，可以获得低电压、低漏电、高亮度的蓝光LED。InGan/Gan超晶格发光层包括量子阱InGan和势垒Gan,两者交替生长，周期数6至15个不等。量子阱材料为InGan，其中In组分对温度和H₂气非常敏感。若量子阱生长温度过高In组分会富集产生不均匀分布，同时In组分含量也会减少，导致LED发光波长偏短。通H₂气条件下可以获得较好的表面光滑，晶体质量好的GaN材料。但是如果量子阱生长过程中流入H₂气，In组分很难进入Gan，无法生长出InGan材料。如前面所述，量子阱只能在没有H₂气和较低温条件下生长，由于量子阱InGan和势垒Gan,两者交替生长，势垒的生长的温度不能太高，否则量子阱会受到影响。高质量的势垒Gan层也是LED发光性能的关键因素。

发明内容

本发明针对上述生长出高质量的势垒GaN层所面临的诸多因素的限制，提出一种新型的势垒GaN层的生长方式。利用H₂对Gan或InGan材料形貌和质量的影响，将势垒层Gan材料分成n段不同N₂/H₂比例的生长条件，获得高质量的势垒Gan材料。

本发明的技术方案：

一种蓝光LED外延结构，包括蓝宝石衬底以及其上依次生长的ALGaN低温缓冲层、3D低温GaN粗化层、u型Gan晶格恢复层、n型Gan电子有源层、InGan/Gan超晶格发光层、P型AlGan电子阻挡层和P型Gan空穴有源层；

所述的蓝宝石衬底上生长有ALGaN低温缓冲层，ALGaN低温缓冲层上生长3D低温GaN粗化层，3D低温GaN粗化层上生长有高温不掺Si的GaN层即u型Gan晶格恢复层，在u型Gan晶格恢复层上生长有高温掺Si的n型Gan即n型电子有源层，n型电子有源层上生长InGan/Gan超晶格发光层，InGan/Gan超晶格发光层上生长P型AlGan电子阻挡层，P型AlGan电子阻挡层上生长P型Gan空穴有源层p；

所述的蓝宝石衬底组分为Al₂O₃；

所述的AlGaN低温缓冲层的厚度为20-30nm；

所述的3D低温GaN粗化层的厚度为0.2-0.5μm；