CN102332517A - 一种GaN基LED外延片及其生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种GaN基LED外延片及其生长方法，在n型GaN层后，引入至少一个循环的n型缺陷阻断层。通过n型缺陷阻断层的引入，一方面可以阻断因异质外延或n型掺杂产生的缺陷，提高晶体的生长质量；另一方面可以扩展电流，缓解静电对GaN基LED的冲击，提高LED对静电的耐受能力；并且可以使电子更有效的进入量子阱，增加电子在量子阱中的注入效率，从而提升LED的亮度。按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的芯片，其4000V(人体模式)的ESD从70％提高至90％以上，亮度由14mW升至16mW以上。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，一种在蓝宝石异质衬底上，用金属有机源化学外延气相沉积法，生长GaN基LED的结构及其生长方法，具体涉及了在n型GaN层后，引入一个或多个循环的n型缺陷阻断层方法，提高了LED的生长质量、LED对静电的耐受能力和LED的亮度。
技术背景
GaN基材料，包括InGaN、GaN、AlGaN、Al InGaN合金，具有禁带宽度大，电子漂移速度不易饱和，击穿场强大，介电常数小，导热性能好，耐高温，抗腐蚀等优点(S Nakamura，M Senoh，N Iwasa and S Nagahama，1995 Appl.Phys.Lett.67，1868)，是微波功率晶体管的优良材料，也是蓝绿色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体。
GaN基LED的出现和发展引起了一场席卷全球的固态照明革命，由于受内部全反射的限制，LED中产生的光大部分被禁锢在高折射率半导体内部，如何提高发光效率是发展LED面临的最大挑战。现阶段的工作主要集中在提高LED的外量子发光效率，(参考Improvement of extraction efficiency for GaN-basedlight emitting diodes.Science China，2010.02)而提高LED内量子效率的研究工作较少，需要更多的关注。本发明则从提高LED内量子效率方面来提高LED的亮度。
GaN材料绝大多数生长在蓝宝石衬底上，由于GaN基材料与蓝宝石衬底之间有较大的晶格失配度和较大的热膨胀系数差异，导致GaN外延层内产生高密度的缺陷。并且以蓝宝石为衬底的常规GaN基LED芯片的p型电极和n型电极位于同一侧，电流密度分布不均匀，上述因素决定了蓝宝石为衬底的常规GaN基LED芯片属于静电敏感器件，其抗静电能力较差。静电放电会造成LED器件突发性实效或潜在性实效，因此，优化GaN及LED外延层结构，提高其抗静电能力尤为重要。(The effect of the internal capacitance of InGaN-lightemitting diode on the electrostatic discharge properties.Appl.Phys.Lett.94，131106(2009))
传统GaN基LED外延片的生长方法，在n型GaN层后会直接生长InGaN/GaN多量子阱层(Group III Nitride compound semiconductor light-emittingdevice and method for producing the same.专利号：US2010/0078660 A1)，这样由于异质外延或n型掺杂所形成的缺陷会继续在量子阱中生长，而影响了晶体本身的质量，降低了LED的发光效率和抗静电能力。本发明克服了现有n型GaN层功能的不足，通过在n型GaN层后引入的n型缺陷阻断层，一方面可以阻断因异质外延或n型掺杂产生的缺陷，提高晶体的生长质量；另一方面可以扩展电流，缓解静电对GaN基LED的冲击，提高LED对静电的耐受能力，并且可以使电子更有效的进入量子阱，增加电子在量子阱中的注入效率，从而提升LED的内量子发光效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种GaN基LED外延片及其生长方法。通过在n型GaN层和InGaN/GaN多量子阱层之间引入调制掺杂的n型缺陷阻断层，一方面可以阻断因异质外延或n型掺杂产生的缺陷，提高晶体的生长质量；另一方面可以扩展电流，缓解静电对GaN基LED的冲击，提高LED对静电的耐受能力，并且可以使电子更有效的进入量子阱，增加电子在量子阱中的注入效率，从而提升LED的亮度。
本发明的技术方案是：一种GaN基LED外延片，其结构自下而上依次为蓝宝石衬底层、低温GaN缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、1-20个循环的n型缺陷阻断层、InGaN/GaN多量子阱层、p型AlGaN层、p型GaN层和高掺杂p型GaN电极接触层。其中所述的一个循环的n型缺陷阻断层厚度为9nm-1050nm，n型缺陷阻断层为调制掺杂的GaN或AlxGa1-xN，其中x为摩尔系数，0.03≤x≤0.3。
其中n型缺陷阻断层的优选的循环个数为3-10个；一个循环的n型缺陷阻断层的总厚度优选为45nm-210nm，GaN基LED外延片。
当n型缺陷阻断层为调制掺杂的GaN层时，包括结构如下：
第一层：厚度为3nm-350nm，优选为15nm-70nm，为非掺杂GaN层，或为掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为1×1016cm-3-5×1018cm-3；
第二层：厚度为3nm-350nm，优选为15nm-70nm，为掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为3×1018cm-3-2×1020cm-3；
第三层：厚度为3nm-350nm，优选为15nm-70nm，为非掺杂GaN层，或为掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为1×1016cm-3-5×1018cm-3n型GaN层。
其中的第二层还可以是SiN层，生长时将Ga源关闭，只通NH3和SiH4，生长时间为5-100秒。
当n型缺陷阻断层为调制掺杂的AlxGa1-xN层时，包括结构如下：
第一层：厚度为3nm-350nm，优选为15nm-70nm，为非掺杂AlxGa1-xN层，或为掺杂Si的n型AlxGa1-xN层，Si的掺杂浓度为1×1016cm-3-5×1018cm-3；
第二层：厚度为3nm-350nm，优选为15nm-70nm，为掺杂Si的n型AlxGa1-xN层，Si的掺杂浓度为3×1018cm-3-2×1020cm-3；
第三层：厚度为3nm-350nm，优选为15nm-70nm，非为掺杂AlxGa1-xN层，或为掺杂Si的n型AlxGa1-xN层，Si的掺杂浓度为1×1016cm-3-5×1018cm-3。
一种GaN基LED外延片的生长方法采用金属有机物化学气相沉积法，即MOCVD方法生长：衬底选用(0001)晶向的蓝宝石，金属有机源是三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)，氮源是氨气(NH3)，n型掺杂剂为200ppm的氮气携载的硅烷(SiH4)，p型掺杂剂为二茂镁(Cp2Mg)，依次进行以下步骤：
(1)首先将蓝宝石衬底在900℃-1300℃，氢气气氛里进行高温清洁处理5-20分钟；
(2)温度下降至500℃-600℃，生长15-40nm厚度低温GaN缓冲层；
(3)温度升高至900℃-1200℃，生长厚度1um-3um的非掺杂GaN层；
(4)温度900℃-1200℃，生长1um-3um的n型GaN层，Si掺杂浓度为1×1018cm-3-1×1020cm-3；
(5)温度900℃-1200℃，生长1-20个循环的n型缺陷阻断层，每个循环的n型缺陷阻断层的厚度为9nm-1050nm，优选为45nm-210nm；
(6)降温至650℃-850℃，生长1-30个循环的InGaN/GaN多量子阱层；
(7)温度800℃-1150℃，生长15nm-300nm的p型AlGaN层；
(8)温度800℃-1150℃，生长100nm-800nm的p型GaN层，掺杂浓度为1×1017cm-3-3×1020cm-3；
(9)温度800℃-1150℃，生长5nm-50nm的高掺杂p型GaN层电极接触层，Mg掺杂浓度为1×1019m-3-5×1020cm-3。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：传统GaN基LED外延片的结构，在n型GaN层后会直接生长InGaN/GaN多量子阱层，这样由于异质外延或n型掺杂所形成的缺陷会继续在量子阱中生长，而影响了晶体本身的质量，降低了LED的发光效率和抗静电能力。本发明通过在n型GaN层后引入的n型缺陷阻断层，可以阻断因异质外延或n型掺杂产生的缺陷继续在量子阱中生长，提高晶体生长质量，提高LED器件的抗静电能力和漏电，n型缺陷阻断层可以扩展电流，缓解静电对GaN基LED的冲击，提高LED对静电的耐受能力，并且可以使电子更有效的进入量子阱，增加电子在量子阱中的注入效率，从而提升LED的亮度。
外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD从70％提高至90％以上，亮度由14mW升至16mW以上。
附图说明
图1为外延片主要结构示意图。
100：蓝宝石衬底；
101：低温GaN基缓冲层；
102：非掺杂GaN层；
103：高掺杂n型GaN层；
104：n型缺陷阻断层；
105：InGaN/GaN多量子阱层；
106：p型AlGaN层；
107：p型GaN层；
108：高掺杂的p型GaN电极接触层。
具体实施方式
实施例1采用MOCVD法，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2气氛下加热至900℃，烘烤20分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至500℃生长15nm厚度的低温GaN缓冲层。
3.在900℃生长1μm厚度的非掺杂GaN。
4.在900℃生长1μm厚度的n型GaN。
5.在900℃生长1个周期的n型GaN缺陷阻断层。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为350nm，为掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为1×1016cm-3；
第二层：厚度为350nm，为掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为3×1018cm-3；
第三层：厚度为350nm，为掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为1×1016cm-3。
6.在N2环境中生长1个周期的InGaN/GaN多量子阱，垒层厚度为20nm，生长温度为850℃；阱层厚度为1.6nm，生长温度为650℃。
7.升温至800℃生长15nm厚度的p-Al0.15Ga0.85N层。
8.在800℃生长100nm厚度的p型GaN。
9.在800℃生长5nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
10.降温至760℃，N2环境下退火10分钟。
11.降温至室温，生长结束。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到91％，亮度达到16.2mW。
实施例2采用MOCVD法，从下到上依次生长：
除步骤5以外，其它步骤如实施例1中所示
5.在900℃生长1个周期的n型AlxGa1-xN缺陷阻断层，其中x＝0.15。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为350nm，为掺杂Si的n型Al0.15Ga0.85N层，Si的掺杂浓度为1×1016cm-3；
第二层：厚度为350nm，为掺杂Si的n型Al0.15Ga0.85N层，Si的掺杂浓度为3×1018cm-3；
第三层：厚度为350nm，为掺杂Si的n型Al0.15Ga0.85N层，Si的掺杂浓度为1×1016cm-3。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到95％，亮度达到16mW。
实施例3采用MOCVD法，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2气氛下加热至900℃，烘烤20分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至600℃生长40nm厚度的低温GaN缓冲层。
3.在1200℃生长3μm厚度的非掺杂GaN。
4.在1200℃生长3μm厚度的n型GaN。
5.在1200℃生长20个周期的n型GaN缺陷阻断层。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为3nm，为掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为5×1018cm-3；
第二层：厚度为3nm，为掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为2×1020cm-3；
第三层：厚度为3nm，为掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为5×1018cm-3。
6.在N2环境中生长30个周期的InGaN/GaN多量子阱，垒层厚度为10nm，生长温度为850℃；阱层厚度为1nm，生长温度为850℃。
7.升温至1150℃生长300nm厚度的p-Al0.15Ga0.85N层。
8.在1150℃生长800nm厚度的p型GaN。
9.在1150℃生长50nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
10.降温至室温，生长结束。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到99％，亮度达到16.8mW。
实施例4采用MOCVD法，从下到上依次生长：
除步骤5以外，其它步骤如实施例3中所示
5.在1200℃生长20个周期的n型AlxGa1-xN缺陷阻断层，其中x＝0.15。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为3nm，为掺杂Si的n型Al0.15Ga0.85N层，Si的掺杂浓度为5×1018cm-3；
第二层：厚度为3nm，为掺杂Si的n型Al0.15Ga0.85N层，Si的掺杂浓度为2×1020cm-3；
第三层：厚度为3nm，为掺杂Si的n型Al0.15Ga0.85N层，Si的掺杂浓度为5×1018cm-3。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到100％，亮度达到16.5mW。
实施例5采用MOCVD法，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2气氛下加热至1080℃，烘烤10分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至520℃生长25nm厚度的低温GaN缓冲层。
3.在1090℃生长1.8μm厚度的非掺杂GaN。
4.在1090℃生长2μm厚度的n型GaN。
5.在1090℃生长10个周期的n型GaN缺陷阻断层。此层结构每个周期至下往上依次为：
第一层：厚度为10nm的非掺杂GaN层；
第二层：厚度为10nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为2×1020cm-3；
第三层：厚度为10nm的非掺杂GaN层。
6.在N2环境中生长6个周期的InGaN/GaN多量子阱，垒层厚度为18nm，生长温度为860℃；阱层厚度为1.6nm，生长温度为760℃。
7.升温至980℃生长50nm厚度的p-Al0.15Ga0.85N层。
8.在980℃生长200nm厚度的p型GaN。
9.在980℃生长10nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
10.降温至780℃，N2环境下退火10分钟。
11.降温至室温，生长结束。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到96％，亮度达到16.5mW。
实施例6采用MOCVD法，从下到上依次生长：
除步骤5以外，其它步骤如实施例5中所示
5.在1090℃生长10个周期的n型GaN缺陷阻断层。此层结构每个周期至下往上依次为：
第一层：厚度为10nm的非掺杂GaN层；
第二层：生长时间为30秒的SiN层；
第三层：厚度为10nm的非掺杂GaN层。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到90％，亮度达到18mW。
实施例7采用MOCVD法，从下到上依次生长：
除步骤5以外，其它步骤如实施例5中所示
5.在1090℃生长10个周期的n型GaN缺陷阻断层。此层结构每个周期至下往上依次为：
第一层：厚度为10nm的非掺杂GaN层；
第二层：生长时间为5秒的SiN层；
第三层：厚度为10nm的非掺杂GaN层。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到93％，亮度达到17.2mW。
实施例8采用MOCVD法，从下到上依次生长：
除步骤5以外，其它步骤如实施例5中所示
5.在1090℃生长10个周期的n型GaN缺陷阻断层。此层结构每个周期至下往上依次为：
第一层：厚度为10nm的非掺杂GaN层；
第二层：生长时间为100秒的SiN层；
第三层：厚度为10nm的非掺杂GaN层。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到92％，亮度达到16.5mW。
实施例9采用MOCVD法，从下到上依次生长：
除步骤5以外，其它步骤如实施例5中所示
5.在1090℃生长10个周期的n型AlxGa1-xN缺陷阻断层，其中x＝0.03。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为10nm的非掺杂Al0.03Ga0.97N层；
第二层：厚度为10nm，掺杂Si的n型Al0.03Ga0.97N层，Si的掺杂浓度为2×1020cm-3；
第三层：厚度为10nm的非掺杂Al0.03Ga0.97N层。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到92％，亮度达到16.8mW。
实施例10采用MOCVD法，从下到上依次生长：
除步骤5以外，其它步骤如实施例5中所示
5.在1090℃生长10个周期的n型AlxGa1-xN缺陷阻断层，其中x＝0.3。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为10nm的非掺杂Al0.3Ga0.7N层；
第二层：厚度为10nm，掺杂Si的n型Al0.3Ga0.7N层，Si的掺杂浓度为2×1020cm-3；
第三层：厚度为10nm的非掺杂Al0.3Ga0.7N层。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到98％，亮度达到17mW。
实施例11采用MOCVD法，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2气氛下加热至1060℃，烘烤10分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至530℃生长30nm厚度的低温GaN缓冲层。
3.在1100℃生长2μm厚度的非掺杂GaN。
4.在1100℃生长2μm厚度的n型GaN。
5.在1100℃生长5个周期的n型GaN缺陷阻断层。此层结构每个周期至下往上依次为：
第一层：厚度为50nm的非掺杂GaN层；
第二层：厚度为20nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为2×1019cm-3；
第三层：厚度为50nm的非掺杂GaN层。
6.在N2环境中生长5个周期的InGaN/GaN多量子阱，垒层厚度为20nm，生长温度为890℃；阱层厚度为2nm，生长温度为780℃。
7.升温至990℃生长50nm厚度的p-Al0.15Ga0.85N层。
8.在990℃生长200nm厚度的p型GaN。
9.在990℃生长10nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
10.降温至室温，生长结束。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到96％，亮度达到16.5mW。
实施例12采用MOCVD法，从下到上依次生长：
除步骤5以外，其它步骤如实施例11中所示
5.在1100℃生长5个周期的n型AlxGa1-xN缺陷阻断层，其中x＝0.12。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为50nm的非掺杂Al0.12Ga0.88N层；
第二层：厚度为20nm，掺杂Si的n型Al0.12Ga0.8N层，Si的掺杂浓度为2×1019cm-3；
第三层：厚度为50nm的非掺杂Al0.12Ga0.88N层。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到95％，亮度达到16.7mW。
实施例13采用MOCVD法，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2气氛下加热至1100℃，烘烤8分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至540℃生长20nm厚度的低温GaN缓冲层。
3.在1080℃生长2μm厚度的非掺杂GaN。
4.在1080℃生长2.2μm厚度的n型GaN。
5.在1080℃生长10个周期的n型GaN缺陷阻断层。此层结构每个周期至下往上依次为：
第一层：厚度为50nm的非掺杂GaN层；
第二层：厚度为20nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为2×1019cm-3；
第三层：厚度为5nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为1×1018cm-3。
6.在N2环境中生长6个周期的InGaN/GaN多量子阱，垒层厚度为22nm，生长温度为880℃；阱层厚度为1.8nm，生长温度为760℃。
7.升温至1000℃生长50nm厚度的p-Al0.15Ga0.85N层。
8.在1000℃生长150nm厚度的p型GaN。
9.在1000℃生长20nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
10.降温至760℃，N2环境下退火8分钟。
11.降温至室温，生长结束。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到90％，亮度达到16.3mW。
实施例14采用MOCVD法，从下到上依次生长：
除步骤5以外，其它步骤如实施例13中所示
5.在1080℃生长10个周期的n型AlxGa1-xN缺陷阻断层，其中x＝0.12。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为50nm的非掺杂Al0.12Ga0.88N；
第二层：厚度为20nm，掺杂Si的n型Al0.12Ga0.8N层，Si的掺杂浓度为2×1019cm-3；
第三层：厚度为5nm，掺杂Si的n型Al0.12Ga0.88N层，Si的掺杂浓度为1×1018cm-3。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到91％，亮度达到16.3mW。
实施例15采用MOCVD法，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2气氛下加热至1070℃，烘烤8分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至530℃生长20nm厚度的低温GaN缓冲层。
3.在1100℃生长2μm厚度的非掺杂GaN。
4.在1100℃生长1.8μm厚度的n型GaN。
5.在1100℃生长15个周期的n型GaN缺陷阻断层。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为5nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为1×1018cm-3；
第二层：厚度为30nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为2×1019cm-3；
第三层：厚度为5nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为1×1019cm-3。
6.在N2环境中生长7个周期的InGaN/GaN多量子阱，垒层厚度为18nm，生长温度为850℃；阱层厚度为1.8nm，生长温度为810℃。
7.升温至980℃生长50nm厚度的p-Al0.15Ga0.85N层。
8.在980℃生长150nm厚度的p型GaN。
9.在980℃生长10nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
10.降温至室温，生长结束。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到93％，亮度达到16.7mW。
实施例16采用MOCVD法，从下到上依次生长：
除步骤5以外，其它步骤如实施例15中所示
5.在1100℃生长15个周期的n型AlxGa1-xN缺陷阻断层，其中x＝0.08。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为5nm，掺杂Si的n型Al0.08Ga0.92N层，Si的掺杂浓度为1×1018cm-3；
第二层：厚度为30nm，掺杂Si的n型Al0.08Ga0.92N层，Si的掺杂浓度为2×1019cm-3；
第三层：厚度为5nm，掺杂Si的n型Al0.08Ga0.92N层，Si的掺杂浓度为1×1019cm-3。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以IT0为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到95％，亮度达到16.3mW。
实施例17采用MOCVD法，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2气氛下加热至1070℃，烘烤8分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至530℃生长20nm厚度的低温GaN缓冲层。
3.在1100℃生长2μm厚度的非掺杂GaN。
4.在1100℃生长1.8μm厚度的n型GaN。
5.在1100℃生长8个周期的n型GaN缺陷阻断层。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为15nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为5×1017cm-3；
第二层：厚度为10nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为1×1019cm-3；
第三层：厚度为15nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为5×1017cm-3。
6.在N2环境中生长7个周期的InGaN/GaN多量子阱，垒层厚度为18nm，生长温度为850℃；阱层厚度为1.8nm，生长温度为810℃。
7.升温至980℃生长50nm厚度的p-Al0.15Ga0.85N层。
8.在980℃生长150nm厚度的p型GaN。
9.在980℃生长10nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
10.降温至室温，生长结束。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到98％，亮度达到16.2mW。
实施例18采用MOCVD法，从下到上依次生长：
除步骤5以外，其它步骤如实施例17中所示
5.在1100℃生长8个周期的n型AlxGa1-xN缺陷阻断层，其中x＝0.25。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为15nm，掺杂Si的n型Al0.25Ga0.75N层，Si的掺杂浓度为5×1017cm-3；
第二层：厚度为10nm，掺杂Si的n型Al0.25Ga0.75N层，Si的掺杂浓度为1×1019cm-3；
第三层：厚度为15nm，掺杂Si的n型Al0.25Ga0.75N层，Si的掺杂浓度为5×1017cm-3。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到96％，亮度达到16.7mW。
实施例19采用MOCVD法，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2气氛下加热至1070℃，烘烤8分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至530℃生长20nm厚度的低温GaN缓冲层。
3.在1070℃生长2μm厚度的非掺杂GaN。
4.在1070℃生长1.8μm厚度的n型GaN。
5.在1070℃生长3个周期的n型GaN缺陷阻断层。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为15nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为5×1017cm-3；
第二层：厚度为15nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为1×1019cm-3；
第三层：厚度为15nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为5×1017cm-3。
6.在N2环境中生长7个周期的InGaN/GaN多量子阱，垒层厚度为18nm，生长温度为850℃；阱层厚度为1.8nm，生长温度为810℃。
7.升温至980℃生长50nm厚度的p-Al0.15Ga0.85N层。
8.在980℃生长150nm厚度的p型GaN。
9.在980℃生长10nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
10.降温至室温，生长结束。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到99％，亮度达到16.7mW。
实施例20采用MOCVD法，从下到上依次生长：
除步骤5以外，其它步骤如实施例19中所示
5.在1070℃生长1个周期的n型GaN缺陷阻断层。此层结构至下往上依次为：
第一层：厚度为70nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为5×1017cm-3；
第二层：厚度为70nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为1×1019cm-3；
第三层：厚度为70nm，掺杂Si的n型GaN层，Si的掺杂浓度为5×1017cm-3。
本实施例得到的外延片按照标准芯片工艺制作成300×300μm2的以ITO为透明电极的芯片。测试后，其4000V(人体模式)的ESD达到92.6％，亮度达到16.8mW。
Claims (9)
1.一种GaN基LED外延片，其结构自下而上依次为衬底、低温GaN缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、p型AlGaN层、p型GaN层和高掺杂p型GaN电极接触层，其特征在于，在n型GaN层和InGaN/GaN多量子阱层之间还有1-20个循环的n型缺陷阻断层，每个循环的n型缺陷阻断层的厚度为9nm-1050nm；
其中所述n型缺陷阻断层为具有调制掺杂结构的GaN层，或者为具有调制掺杂结构的AlxGa1-xN层，x为摩尔系数，0.03≤x≤0.3。
2.如权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述的n型缺陷阻断层为3-10个循环。
3.如权利要求1或2所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述的具有调制掺杂结构的GaN层从下至上依次包括：
第一层：厚度为3nm-350nm，为非掺杂GaN层；或为掺杂Si的n型GaN层，其中Si的掺杂浓度为1×1016cm-3-5×1018cm-3；
第二层：厚度为3nm-350nm，为掺杂Si的n型GaN层，其中Si的掺杂浓度为3×1018cm-3-2×1020cm-3；
第三层：厚度为3nm-350nm，为非掺杂GaN层，或为掺杂Si的n型GaN层，其中Si的掺杂浓度为1×1016cm-3-5×1018cm-3。
4.如权利要求3所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述的具有调制掺杂结构的GaN层总厚度为45nm-210nm，从下至上依次包括：
第一层：厚度为15nm-70nm，为掺杂Si的n型GaN层，其中Si的掺杂浓度为1×1016cm-3-5×1018cm-3；
第二层：厚度为15nm-70nm，为掺杂Si的n型GaN层，其中Si的掺杂浓度为3×1018cm-3-2×1020cm-3；
第三层：厚度为15nm-70nm，为掺杂Si的n型GaN层，其中Si的掺杂浓度为1×1016cm-3-5×1018cm-3。
5.如权利要求3所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述的具有调制掺杂结构的GaN层中的第二层为SiN层，该层的生长时间为5-100秒。
6.如权利要求1或2所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述的具有调制掺杂结构的GaN层从下至上依次包括：
第一层：非掺杂GaN层，厚度为3nm-350nm；
第二层：掺杂Si的n型GaN层，其中Si的掺杂浓度为3×1018cm-3-2×1020cm-3，厚度为3nm-350nm；
第三层：非掺杂GaN层，厚度为3nm-350nm。
7.如权利要求1或2所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述的具有调制掺杂结构的AlxGa1-xN层从下至上依次为：
第一层：厚度为3nm-350nm，为非掺杂AlxGa1-xN层，或为掺杂Si的n型AlxGa1-xN层，其中Si的掺杂浓度为1×1016cm-3-5×1018cm-3；
第二层：厚度为3nm-350nm，为掺杂Si的n型AlxGa1-xN层，其中Si的掺杂浓度为3×1018cm-3-2×1020cm-3；
第三层：厚度为3nm-350nm，为非掺杂AlxGa1-xN层，或为掺杂Si的n型AlxGa1-xN层，其中Si的掺杂浓度为1×1016cm-3-5×1018cm-3。
8.如权利要求1或2所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述的具有调制掺杂结构的AlxGa1-xN层从下至上依次为：
第一层：非掺杂AlxGa1-xN层，厚度为3nm-350nm；
第二层：掺杂Si的n型AlxGa1-xN层，其中Si的掺杂浓度为3×1018cm-3-2×1020cm-3，厚度为3nm-350nm；
第三层：非掺杂AlxGa1-xN层，厚度为3nm-350nm。
9.如权1所述的GaN基LED外延片的生长方法，采用金属有机化合物化学气相沉积方法，依次进行以下步骤：
(1)首先将蓝宝石衬底在900℃-1300℃，氢气气氛里进行高温清洁处理5-20分钟；
(2)温度下降至500℃-600℃，生长15-40nm厚度低温GaN缓冲层；
(3)温度升高至900℃-1200℃，生长厚度1um-3um的非掺杂GaN层；
(4)温度900℃-1200℃，生长1um-3um的n型GaN层，Si掺杂浓度为1×1018cm-3-1×1020cm-3；
(5)温度900℃-1200℃，生长1-20个周期的n型缺陷阻断层，每个循环的n型缺陷阻断层的厚度为9nm-1050nm；
(6)降温至650℃-850℃，生长1-30个循环的InGaN/GaN多量子阱层；
(7)温度800℃-1150℃，生长15nm-300nm的p型AlGaN层；
(8)温度800℃-1150℃，生长100nm-800nm的p型GaN层，掺杂浓度为1×1017cm-3-3×1020cm-3；
(9)温度800℃-1150℃，生长5nm-50nm的高掺杂p型GaN层电极接触层，Mg掺杂浓度为1×1018cm-3-5×1020cm-3。
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