Led外延結構及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體發光器件技術領域，尤其涉及一種LED外延結構及其制備方法。
【背景技術】
[0002]發光二極管(Light-Emitting D1de，LED)作為一種高效、環保和綠色新型固態照明光源，具有體積小、重量輕、壽命長、可靠性高及使用功耗低等優點，使其得以廣泛應用。特別地，隨著LED行業的迅猛發展，LED在照明領域的應用所占比例越來越高。隨著大功率LED芯片在照明領域廣泛應用，對大功率LED芯片發光效率要求與日俱增；相應的，提高大功率LED芯片發光效率，一方面要提高大功率芯片的亮度，另外一方面要降低大功率芯片在高電流密度下的工作電壓。
[0003]GaN材料具有帶隙寬(Eg = 3.39 eV)、發光效率高、壽命長等特點，成為制備藍白光發光二極管(LED)的最優選材料，被譽為第三代半導體材料。
[0004]GaN和襯底材料間的晶格常數和熱膨脹系數相差較大(如GaN和藍寶石襯底間晶格常數相差16%)，因此GaN外延薄膜中存在的位錯密度很大，通常為18?10 10 cm_ 2。另一方面，利用MOCVD技術生長GaN材料時，通常用NH3作為N源，而N-H的鍵能較大，所以一般認為是典型的外延生長溫度為900?1050°C，才有助于獲得高質量的GaN材料；相應的，在這樣的溫度下，有一部分GaN會逆向分解，產生氮空位，如此，缺陷和氮空位的產生，會使得本征的GaN偏向于N型，不利于空穴濃度的提升。
[0005]進一步的，為獲得較高的空穴濃度，通常采用Cp2Mg為Mg源對GaN材料進行摻雜，然而經過退火后，僅能打開少部分的Mg-H，當Mg摻雜濃度達到119?10 2° cm- 3，也僅有0.1%?1%的Mg得到活化，使其空穴濃度達到117?10 18CnT 3，相應的，雜原子Mg的摻雜濃度如此之高，會嚴重影響GaN的晶體質量，同時，由于Cp2Mg在化學氣相沉積(MOCVD)過程中的復雜的分解機理，導致獲得的P型GaN結構中有大量的C和H等雜質，這些雜質會對下層MQW有源層發出的光有吸收，導致發光效率下降。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種LED外延結構及其制備方法。
[0007]為了實現上述目的，本發明一實施方式提供一種LED外延結構，所述LED外延結構包括:
襯底，N型GaN層，MQff有源層，電子阻擋層，歐姆接觸層；所述電子阻擋層和所述歐姆接觸層之間還生長有極化摻雜層，所述極化摻雜層為非故意摻雜AlxGa(1_x)N層，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層中Al的摩爾含量從與所述電子阻擋層接觸的下表面到與所述歐姆接觸層接觸的上表面遞減。
[0008]作為本實施方式的進一步改進，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層的厚度為30~60nm。
[0009]作為本實施方式的進一步改進，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層的厚度為50nm。
[0010]作為本實施方式的進一步改進，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層與所述電子阻擋層接觸的下表面中，所述X的取值范圍為0.2-0.4 ；
所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層與所述電子阻擋層接觸的上表面中，所述X的取值范圍為 0~0.2。
[0011]作為本實施方式的進一步改進，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層與所述電子阻擋層接觸的下表面中，所述X的取值為0.3，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層與所述歐姆接觸層接觸的上表面中，所述X的取值為0.01。
[0012]作為本實施方式的進一步改進，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層中Al的摩爾含量從與所述電子阻擋層接觸的下表面到與所述歐姆接觸層接觸的上表面線性遞減。
[0013]為了實現上述發明目的之一，本實施方式的一種LED外延結構的制備方法包括: 提供一襯底；
在所述襯底上生長N型GaN層；
在所述N型GaN層上生長MQW有源層；
在所述MQW有源層上生長電子阻擋層；
在所述電子阻擋層上生長極化摻雜層；
在所述極化摻雜層上生長歐姆接觸層；
其中，所述極化摻雜層為非故意摻雜AlxGa(1_x)N層，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層中Al的摩爾含量從與所述電子阻擋層接觸的下表面到與所述歐姆接觸層接觸的上表面遞減。
[0014]作為本實施方式的進一步改進，所述極化摻雜層的生長溫度的取值范圍為8500C ~900°C，其生長壓力為 200~400mbaro
[0015]作為本實施方式的進一步改進，所述極化摻雜層的生長速率的取值范圍為0.02-0.08 nm/so
[0016]作為本實施方式的進一步改進，所述“在所述電子阻擋層上生長極化摻雜層”過程中，所述方法還包括:
所述極化摻雜層的生長環境為NH3、N2, 4的混合氣體，其中，所述NH 3的體積占比為50%~70%，所述N2的體積占比為20%~40%，其它為H 2。
[0017]與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明的LED外延結構及其制備方法，采用新的極化摻雜層取代傳統的Mg故意摻雜的P型GaN層，所述極化摻雜層為非故意摻雜AlxGa(1_x)N層，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層中Al的摩爾含量從與所述電子阻擋層接觸的下表面到與所述接觸層接觸的上表面遞減，從而獲得較高的空穴濃度；同時，避免在GaN晶格中引入高摻雜濃度的Mg原子所造成的晶體質量下降，以及C雜質的增加，以達到減少吸光，提高發光效率的目的，進一步的，極化摻雜層形成逐漸降低的能級，有利于空穴的注入，提尚復合效率。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明一實施方式中LED外延結構的結構示意圖；
圖2是本發明一實施方式中LED外延結構的制備方法的流程示意圖；
圖3是本發明一實施方式中LED外延結構中極化摻雜層中Al的摩爾含量的變化曲線示意圖； 圖4為本發明一實施方式的LED外延結構與現有技術的LED外延結構的亮度對比芯片測試數據。
【具體實施方式】
[0019]以下將結合附圖所示的【具體實施方式】對本發明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發明的保護范圍內。
[0020]如圖1所示，本發明提供的LED外延結構，LED外延結構從下向上依次包括:襯底10，N型GaN層20，MQff有源層30，電子阻擋層40，極化摻雜層50，歐姆接觸層60。
[0021]本發明一實施方式中，襯底10的材料為藍寶石襯底，當然，在本發明的其他實施方式中，襯底10也可以為其他襯底材料，如S1、SiC等。
[0022]本發明一實施方式中，N型GaN層20優選為通入SiH4生長的高溫N型GaN層。
[0023]本發明一實施方式中，MQW有源層30為生長6~15個周期的InGaN/GaN量子阱層。
[0024]本發明一實施方式中，電子阻擋層40優選P型AlGaN電子阻擋層。
[0025]本發明一實施方式中，極化摻雜層50為非故意摻雜AlxGa(1_x)N層，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層中Al的摩爾含量從與電子阻擋層40接觸的下表面到與歐姆接觸層60接觸的上表面遞減。
[0026]本發明一實施方式中，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層的厚度為30~60nm。
[0027]本發明優選實施方式中，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層的厚度為50nm。
[0028]本發明一實施方式中，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層與電子阻擋層40接觸的下表面中，所述X的取值范圍為0.2-0.4 ；
所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層與歐姆接觸層60接觸的上表面中，所述x的取值范圍為
O?0.2 ο
[0029]進一步的，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層與電子阻擋層40接觸的下表面中，所述x的取值為0.3，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層與歐姆接觸層60接觸的上表面中，所述x的取值為0.01。
[0030]本發明一實施方式中，結合圖3所示，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層中Al的摩爾含量從與電子阻擋層40接觸的下表面到與歐姆接觸層60接觸的上表面線性遞減。當然，在本發明的其他實施方式中，所述非故意摻雜AlxGa(1_x)N層中Al的摩爾含量從與電子阻擋層40接觸的下表面到與歐姆接觸層60接觸的上表面間斷遞減，或非線性遞減。如此，采用新的極化摻雜層50取代傳統的Mg故意摻雜的P型GaN層，從而獲得較高的空穴濃度，避免在GaN晶格中引入高摻雜濃度的Mg原子所造成的晶體質量下降，以及C雜質的增加，同時，減少吸光，提高發光效率，進一步的，極化摻雜層形成逐漸降低的能級，有利于空穴的注入，提尚復合效率。
[0031]本發明一實施方式中，歐姆接觸層60可以為P型GaN接觸層，進一步的，歐姆接觸層60還可為高壓P型InGaN層，在此不做詳細贅述。
[0032]在上述圖1所示LED外延結構的基礎上，本發明一實施方式中，所述LED外延結構還包括:生長于襯底10和N型GaN層20之間的成核層701。
[0033]其中，成核層701優選低溫GaN成核層，并將TMGa作為Ga源。
[0034]在上述圖1所示LED外延結構的基礎上，本發明一實施方式中，所述LED外延結構還包括:生長于襯底10和N型GaN層20之間的氮化物緩沖層703。
[0035]氮化物緩沖層703可為GaN緩沖層或AlN緩沖層；當然，在本發明的其他實施方式中，GaN緩沖層還可以包括高溫條件下生長的高溫GaN緩沖層和低溫條件下生長的低溫GaN緩沖層，在此不做詳細贅述。
[0036]在上述圖1所示LED外延結構的基礎上，本發明一實施方式中，所述LED外延結構還包括:生長于襯底10和N型GaN層20之間的非故意摻雜GaN層705。
[0037]當然，在上述圖1所示LED外延結構的基礎上，在本發明的其他實施方式中，上述成核層701、氮化物緩沖層703、非故意摻雜GaN層705還可以任意組合加入到LED外延結構中，例如:LED外延結構從下向上依次包括:襯底10、成核層701、氮化物緩沖層703、非故意摻雜GaN層705、N型GaN層20、MQW有源層30、電子阻擋層40、極化摻雜層50、歐姆接觸層60，在此不做詳細贅述。
[0038]結合圖2所示，本發明一實施方式中，公開一種LED外延結構的制備方法，所述方法包括:
S1、提供一襯底；
例如:所述襯底為藍寶石襯底，在氫氣氣氛里進行退火，清潔藍寶石襯底表面，溫度控制在1050-1100°C之間，然后進行氮化處理l-3min。
[0039]S2、在所述襯底上生長N型GaN層；
例如:在