LED外延結構及其制備方法與流程

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：

發光二極管(light-emittingdiode，led)作為一種新型節能、環保固態照明光源，具有能效高、體積小、重量輕、響應速度快以及壽命長等優點，使其在很多領域得到了廣泛應用，如固體照明光源、大屏幕顯示、汽車尾燈、交通信號燈等。在led眾多應用中，作為普通照明光源是其最具有前景的一項。led照明的核心問題之一是提高led的可靠性，如不能實現高可靠性的led光源，即使光效再好，也會限制其在各個領域的應用。因此，增強led可靠性是led的研究重點。

目前，gan基led結構的失效機理主要有以下幾個方面：1）封裝材料退化、2）金屬點遷移、3）歐姆接觸退化、4）靜電失效、5）能級缺陷增長。

led結構中的高溫p-algan層對mqw（multiplequantumwell，多量子阱）有源層具有破壞作用，通常采取在兩者之間生長一層較厚且低溫的u-algan層來對mqw有源層進行保護，然而，該u-algan層無法避免高溫p型gan層中的mg擴散進入mqw有源層中，進而導致靜電失效。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種led外延結構及其制備方法。

為實現上述發明目的之一，本發明一實施方式提供一種led外延結構，所述led外延結構從下向上依次包括襯底、gan成核層、n型gan層、mqw有源層、高能級阻擋層及p型gan層，其中，所述高能級阻擋層包括aln層和/或aln/algan/aln超晶格層。

作為本發明一實施方式的進一步改進，所述高能級阻擋層的厚度范圍為10~60nm。

作為本發明一實施方式的進一步改進，所述高能級阻擋層的厚度范圍為20~40nm。

作為本發明一實施方式的進一步改進，當所述高能級阻擋層為aln/algan/aln超晶格層時，所述高能級阻擋層的al含量范圍為20%~30%。

為實現上述發明目的之一，本發明一實施方式提供一種led外延結構的制備方法，包括步驟：

提供一襯底；

在所述襯底上生長gan成核層；

在所述gan成核層上生長n型gan層；

在所述n型gan層上生長mqw有源層；

在所述mqw有源層上生長高能級阻擋層，所述高能級阻擋層包括aln層和/或aln/algan/aln超晶格層；

在所述高能級阻擋層上生長p型gan層。

作為本發明一實施方式的進一步改進，所述高能級阻擋層的厚度范圍為10~60nm。

作為本發明一實施方式的進一步改進，所述高能級阻擋層的厚度范圍為20~40nm。

作為本發明一實施方式的進一步改進，當所述高能級阻擋層為aln/algan/aln超晶格層時，所述高能級阻擋層的al含量范圍為20%~30%。

作為本發明一實施方式的進一步改進，所述高能級阻擋層的生長溫度范圍為700~900℃，其生長壓力范圍為50~300torr。

作為本發明一實施方式的進一步改進，所述高能級阻擋層的生長溫度為800℃，其生長壓力為100torr。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：本發明一實施方式在mqw有源層及p型gan層之間生長高能級阻擋層，所述高能級阻擋層可以有效提高mqw有源層與p型gan層之間的能階，從而有效防止p型gan層中的mg擴散進入mqw有源層中而導致靜電失效，進而增強了led外延結構的可靠性。

附圖說明

圖1是本發明一實施方式的led外延結構示意圖；

圖2是本發明一實施方式的led外延結構的制備方法步驟圖。

具體實施方式

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。

如圖1所示，為本發明一實施方式的一種led外延結構100的示意圖。

led外延結構100從下向上依次包括：襯底10，gan成核層20、n型gan層30、mqw有源層40、高能級阻擋層50及p型gan層60。

襯底10可由藍寶石材料制成，當然，在其他實施方式中，襯底10也可以由其他襯底材料制成，例如si、sic等。

gan成核層20優選為低溫gan成核層20，且可利用tmga作為ga源。

n型gan層30優選高溫n型gan層。

mqw有源層40包括從下向上依次生成的6-8個多量子阱層。

高能級阻擋層50包括aln層和/或aln/algan/aln超晶格層。

高能級阻擋層50形成在mqw有源層40的最后一個壘層上。

這里，aln層、aln/algan/aln超晶格層均可以有效提高mqw有源層40與p型gan層60之間的能階，從而有效防止p型gan層60中的mg擴散進入mqw有源層40中而導致靜電失效，進而增強了led外延結構100的可靠性。

在本實施方式中，所述高能級阻擋層50由含al材料形成，al材料能階較高，可有效提高mqw有源層40與p型gan層60之間的能階。

當所述高能級阻擋層50為單層的aln層時，al含量極高。

當所述高能級阻擋層50為aln/algan/aln超晶格層時，所述高能級阻擋層50的al含量范圍為20%~30%。

在本實施方式中，所述高能級阻擋層50的厚度范圍為10~60nm，通過厚度的設置，可以進一步有效提高mqw有源層40與p型gan層60之間的能階，從而進一步有效防止p型gan層60中的mg擴散進入mqw有源層40中。

可以理解的是，高能級阻擋層50的厚度可由高能級阻擋層50材料、能階需求等因素決定。

優選的，所述高能級阻擋層50的厚度范圍為20~40nm。

結合圖2，本發明一實施方式還提供一種led外延結構100的制備方法，包括步驟：

s1：提供一襯底10；

這里，襯底10可為藍寶石襯底。

襯底10的形成過程包括：在氫氣氣氛里對藍寶石襯底進行退火處理，清潔藍寶石襯底表面，再進行氮化處理，其中，溫度范圍控制在1050-1100°c之間，氮化處理時長控制在1-3min。

s2：在所述襯底10上生長gan成核層20；

這里，gan成核層20的生長過程包括：將溫度范圍下降到500-550°c之間，在襯底10上生長厚度范圍為15-25nm的低溫gan成核層20，其生長壓力控制在500torr，ⅴ/ⅲ摩爾比控制在80-120之間，石墨盤轉速穩定在600轉/分鐘，另外，可利用tmga作為ga源。

s3：在所述gan成核層20上生長n型gan層30；

這里，n型gan層30的生產過程包括：在低溫gan成核層20生長結束后，進行原位退火處理，生長厚度范圍為0.5-1um的高溫gan緩沖層（未標示），而后在高溫gan緩沖層生長結束后，生長一層高溫n型gan層30。

s4：在所述n型gan層30上生長mqw有源層40；

這里，mqw有源層40的生長過程包括：在高溫n型gan層30生長結束后，生長6-8個多量子阱有源層。

s5：在所述mqw有源層40上生長高能級阻擋層50，所述高能級阻擋層50包括aln層和/或aln/algan/aln超晶格層；

這里，高能級阻擋層50的生長過程包括：在mqw有源層40生長結束后，于mqw有源層40的最后一個壘層上生長高能級阻擋層50，高能級阻擋層50可以是一個aln單層，或者，高能級阻擋層50是由aln/algan/aln組成的超晶格層。

另外，所述高能級阻擋層50的生長溫度范圍控制在700~900℃，其生長壓力范圍控制在50~300torr。

較佳的，所述高能級阻擋層50的生長溫度為800℃，其生長壓力為100torr。

s6：在所述高能級阻擋層50上生長p型gan層60；

這里，p型gan層60的生長過程包括：在高能級阻擋層50生長結束后，生長p型gan層60。

這里，aln層、aln/algan/aln超晶格層均可以有效提高mqw有源層40與p型gan層60之間的能階，從而有效防止p型gan層60中的mg擴散進入mqw有源層40中而導致靜電失效，進而增強了led外延結構100的可靠性。

在本實施方式中，所述高能級阻擋層50由含al材料形成，al材料能階較高，可有效提高mqw有源層40與p型gan層60之間的能階。

當所述高能級阻擋層50為單層的aln層時，al含量極高。

當所述高能級阻擋層50為aln/algan/aln超晶格層時，所述高能級阻擋層50的al含量范圍為20%~30%。

在本實施方式中，所述高能級阻擋層50的厚度范圍為10~60nm，通過厚度的設置，可以進一步有效提高mqw有源層40與p型gan層60之間的能階，從而進一步有效防止p型gan層60中的mg擴散進入mqw有源層40中。

可以理解的是，高能級阻擋層50的厚度可由高能級阻擋層50材料、能階需求等因素決定。

優選的，所述高能級阻擋層50的厚度范圍為20~40nm。

應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發明的保護范圍之內。