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CN111370545B - 一种提升led抗静电性能的外延结构及其制备方法 - Google Patents

一种提升led抗静电性能的外延结构及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提升LED抗静电性能的外延结构及其制备方法，所述结构包括在衬底上由上至下依次生长的氮化物缓冲层、N型GaN层、渐变的量子阱层、P型GaN层和欧姆接触层；渐变的量子阱层为若干依次层叠的InuGa(1‑u)N层、GaN层和AlxInyGa(1‑x‑y)N层。量子阱层中不同周期InuGa(1‑u)N层、GaN层与AlxInyGa(1‑x‑y)层的总厚度是不变的。其中，GaN层的厚度随着周期数增大而逐渐增大，InuGa(1‑u)N层与AlxInyGa(1‑x‑y)层的厚度随着周期数增大而逐渐减小；本发明通过渐变的厚度梯度，一方面能够减少位错密度，有利于电流扩展，从而提高材料的抗静电能力；另一方面，可以提高载流子浓度，提高电子迁移率，降低发光电压，从而提升抗静电能力。

Description

一种提升LED抗静电性能的外延结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体电子技术领域，特别是一种提升LED抗静电性能的外延结构及其制备方法。
背景技术
发光二极管(LED)是由Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体制成的，它的核心是PN结，它具有一般P-N结正向导通，反向截至，击穿特性。如今，我们使用的LED大多为GaN基LED。GaN 基 LED和传统的 LED 相比，由于GaN是电阻率较高的宽禁带材料，导致它在生产过程中产生的感生电荷不易消失。当感生电荷积累到一定程度的时候，会产生很高的静电电压，易发生击穿现象并产生漏电。因此，设计一种渐变的量子阱层结构，一方面能够减少位错密度，有利于电流扩展，提高材料的抗静电能力；另一方面，可以提高载流子浓度，提高电子迁移率，降低发光电压，从而提升抗静电能力。
目前使用的GaN基 LED，由于GaN是电阻率较高的宽禁带材料，导致它在生产过程中产生的感生电荷不易消失。当感生电荷积累到一定程度的时候，会产生很高的静电电压，易发生击穿现象并产生漏电。也就是说，GaN基LED显而易见的缺点之一即为它的抗静电能力差，常见的GaN基LED外延结构如图1所示。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种提升LED抗静电性能的外延结构及其制备方法，能够提升抗静电能力。
本发明采用以下方案实现：一种提升LED抗静电性能的外延结构，由下至上依次包括衬底、氮化物缓冲层、N型GaN层、渐变的量子阱层、P型GaN层和欧姆接触层；在所述衬底上生长氮化物缓冲层，在所述氮化物缓冲层上生长N型GaN层，在所述N型GaN层上生长渐变的量子阱层，在所述渐变的量子阱层上依次生长P型GaN层和欧姆接触层；所述渐变的量子阱层为若干从下往上依次层叠的InuGa(1-u)N层、GaN层和AlxInyGa(1-x-y)N层。
进一步地，本发明还提供一种基于提升LED抗静电性能的外延结构制备方法，包括以下步骤：
步骤S1:提供一图形化衬底，基于图形化衬底用AlN溅射设备镀一层ALN缓冲层；
步骤S2:基于AlN缓冲层，在MOCVD反应腔中，生长uGaN和N型GaN层；所述AlN缓冲层和所述uGaN层组成所述氮化物缓冲层；
步骤S3:基于N型GaN层，生长渐变的量子阱层；
步骤S4:在渐变的量子阱层上继续生长P型GaN层，最后生长欧姆接触层。
进一步地，所述衬底是蓝宝石（Al2O3）、Si或SiC。
进一步地，所述渐变的量子阱层为若干从下往上依次层叠的InuGa(1-u)N层、GaN层和AlxInyGa(1-x-y)N层；每个周期均包括从下往上依次层叠的一层InuGa(1-u)N层、一层GaN层和一层AlxInyGa(1-x-y)N层；不同周期InuGa(1-u)N层、GaN层与AlxInyGa(1-x-y)层的总厚度是不变的；其中，GaN层的厚度随着周期数增大而逐渐增大，InxGa(1-u)N层与AlxInyGa(1-x-y)层的厚度随着周期数增大而逐渐减小；且0≤u≤0.2；0≤x≤0.1；0≤y≤0.3。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明渐变的量子阱层通过渐变的厚度梯度，一方面能够减少位错密度，有利于电流扩展，从而提高材料的抗静电能力；另一方面，可以提高载流子浓度，提高电子迁移率，降低发光电压，从而提升抗静电能力。
（2）本发明可以有效提升LED的抗静电能力，从而提升了外延片的价值。通过此方法制备的外延片，其LED芯片电压比正常电压低2%-5%，提高了抗静电能力,较正常的外延片价格提升5%~10%左右。
附图说明
图1为本发明实施例的传统的GaN基LED外延结构图。
图2为本发明实施例的外延结构图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图2所示，本实施例提供一种提升LED抗静电性能的外延结构，由下至上依次包括衬底、氮化物缓冲层、N型GaN层、渐变的量子阱层、P型GaN层和欧姆接触层；在所述衬底上生长氮化物缓冲层，在所述氮化物缓冲层上生长N型GaN层，在所述N型GaN层上生长渐变的量子阱层，在所述渐变的量子阱层上依次生长P型GaN层和欧姆接触层；所述渐变的量子阱层为若干从下往上依次层叠的InuGa(1-u)N层、GaN层和AlxInyGa(1-x-y)N层。
较佳的，本实施例还提供一种基于提升LED抗静电性能的外延结构制备方法，包括以下步骤：
步骤S1:提供一图形化衬底，基于图形化衬底用AlN溅射设备镀一层ALN缓冲层；
步骤S2:基于AlN缓冲层，在MOCVD反应腔中，生长uGaN和N型GaN层；所述AlN缓冲层和所述uGaN层组成所述氮化物缓冲层；
步骤S3:基于N型GaN层，生长渐变的量子阱层；
步骤S4:在渐变的量子阱层上继续生长P型GaN层，最后生长欧姆接触层。
在本实施例中，所述衬底是蓝宝石（Al2O3）、Si或SiC。
在本实施例中，所述渐变的量子阱层为若干从下往上依次层叠的InuGa(1-u)N层、GaN层和AlxInyGa(1-x-y)N层；每个周期均包括从下往上依次层叠的一层InuGa(1-u)N层、一层GaN层和一层AlxInyGa(1-x-y)N层；不同周期InuGa(1-u)N层、GaN层与AlxInyGa(1-x-y)层的总厚度是不变的；其中，GaN层的厚度随着周期数增大而逐渐增大，InxGa(1-u)N层与AlxInyGa(1-x-y)层的厚度随着周期数增大而逐渐减小；且0≤u≤0.2；0≤x≤0.1；0≤y≤0.3。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种提升LED抗静电性能的外延结构，其特征在于：由下至上依次包括衬底、氮化物缓冲层、N型GaN层、渐变的量子阱层、P型GaN层和欧姆接触层；在所述衬底上生长氮化物缓冲层，在所述氮化物缓冲层上生长N型GaN层，在所述N型GaN层上生长渐变的量子阱层，在所述渐变的量子阱层上依次生长P型GaN层和欧姆接触层；所述渐变的量子阱层为若干从下往上依次层叠的InuGa(1-u)N层、GaN层和AlxInyGa(1-x-y)N层，每个周期均包括从下往上依次层叠的一层InuGa(1-u)N层、一层GaN层和一层AlxInyGa(1-x-y)N层；不同周期InuGa(1-u)N层、GaN层与AlxInyGa(1-x-y)N层的总厚度是不变的；其中，GaN层的厚度随着周期数增大而逐渐增大，Inu Ga(1-u)N层与AlxInyGa(1-x-y)N层的厚度随着周期数增大而逐渐减小；且0≤u≤0.2；0≤x≤0.1；0≤y≤0.3。
2.一种基于权利要求1所述的一种提升LED抗静电性能的外延结构制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1:提供一图形化衬底，基于图形化衬底用AlN溅射设备镀一层ALN缓冲层；
步骤S2:基于AlN缓冲层，在MOCVD反应腔中，生长uGaN和N型GaN层；所述AlN缓冲层和所述uGaN层组成所述氮化物缓冲层；
步骤S3:基于N型GaN层，生长渐变的量子阱层；
步骤S4:在渐变的量子阱层上继续生长P型GaN层，最后生长欧姆接触层。
3.根据权利要求2所述的一种提升LED抗静电性能的外延结构制备方法，其特征在于：所述衬底是蓝宝石、Si或SiC。
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