一种具有极性反转层的LED外延结构及制作方法与流程

本发明涉及半导体光电子技术领域，更具体地说，涉及一种具有极性反转层的led外延结构及制作方法。

背景技术：

ⅲ族氮化物材料是第三代半导体材料，其包括氮化铝、氮化镓、氮化铟及其相关三元和四元化合物，具有直接带隙，是制备高量子效率led的重要半导体化合物。

而氮化镓作为第三代半导体材料的典型代表，已经成为了最具有应用前景的材料之一，引起了人们极大的关注和广泛的兴趣。

ⅲ族氮化物gan、aln和ingan之间组合可形成从0.7ev到6.2ev连续变化的禁带宽度范围，因此可以获得蓝光、绿光和紫外光等的全波段led，通常利用ingan或alingan三元或四元系合金中in或al的含量来获得所要获得的波段，波长越长in组分就越高。

因此，制备长波段ingan/gan的led结构中in组分较高，但是随着in组分的提高，ingan的晶格失配就会变大，因此获得高质量的ingan就比较困难，不利于电子空穴的辐射复合，限制了其内量子效率的进一步提升。

并且，随着in组分的提高，ingan在外力作用下，由于晶格和热膨胀系数失配等原因产生的自发极化和压电极化就会越大，对gan材料的蓝移和半峰宽产生不利的影响。

技术实现要素：

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种具有极性反转层的led外延结构及制作方法，技术方案如下：

一种具有极性反转层的led外延结构，所述led外延结构包括：

衬底；

在所述衬底上以第一方向依次设置的缓冲层、非掺杂氮化镓层、第一n型氮化镓层、多量子阱层和p型氮化镓层，其中，所述第一方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述缓冲层；

其中，所述多量子阱层包括在所述第一方向上依次设置的氮极性反转层、ingan层、镓极性反转层和第二n型氮化镓层。

优选的，所述多量子阱层的层数为1层-10层，包括端点值，且多层所述多量子阱层在所述第一方向上依次设置。

优选的，所述氮极性反转层为非掺杂的氮化镓层。

优选的，所述氮极性反转层为具有掺杂元素的氮化镓层。

优选的，所述氮极性反转层的掺杂元素为si，掺杂浓度为1e18/cm³-5e18/cm³，包括端点值。

优选的，所述氮极性反转层的厚度为0.2nm-10nm，包括端点值。

优选的，所述镓极性反转层为非掺杂的氮化镓层。

优选的，所述镓极性反转层为具有掺杂元素的氮化镓层。

优选的，所述镓极性反转层的掺杂元素为si，掺杂浓度为1e18/cm³-5e18/cm³，包括端点值。

优选的，所述镓极性反转层的厚度为0.2nm-10nm，包括端点值。

一种具有极性反转层的led外延结构的制作方法，所述制作方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上以第一方向依次生长的缓冲层、非掺杂氮化镓层和第一n型氮化镓层，其中，所述第一方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述缓冲层；

在所述第一n型氮化镓层背离所述非掺杂氮化镓层的一侧以所述第一方向依次生长氮极性反转层、ingan层、镓极性反转层和第二n型氮化镓层，以形成所述多量子阱层；

在循环生长完成预设层数的所述多量子阱层后，在所述第二n型氮化镓层背离所述镓极性反转层的一侧生长p型氮化镓层。

相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

该led外延结构通过在氮极性反转层上可以生长出高质量的ingan层，同时又利用镓极性反转层生长第二n型氮化镓层，并没有在氮极性反转层上直接生长除ingan层以外的外延层，这样既得到了高质量的ingan层，又避免了在氮极性反转层上直接生长第二n型氮化镓层，致使其表面粗糙，0杂质并入偏多以及电阻率难以克服的问题，进而极大程度的提高了该led外延结构的光电性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的具有极性反转层的led外延结构的一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的多量子阱层的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的具有极性反转层的led外延结构的另一结构示意图；

图4为本发明实施例提供的具有极性反转层的led外延结构的另一结构示意图；

图5为本发明实施例提供的具有极性反转层的led外延结构的又一结构示意图；

图6为本发明实施例提供的具有极性反转层的led外延结构的又一结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种具有极性反转层的led外延结构的制作方法的流程示意图；

图8-图10为图7所示的制作方法相对应的工艺结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的具有极性反转层的led外延结构的一种结构示意图，所述led外延结构包括：

衬底101；

在所述衬底101上以第一方向依次设置的缓冲层102、非掺杂氮化镓层103、第一n型氮化镓层104、多量子阱层105和p型氮化镓层106，其中，所述第一方向垂直于所述衬底101，且由所述衬底101指向所述缓冲层102；

其中，参考图2，图2为本发明实施例提供的多量子阱层的结构示意图，所述多量子阱层105包括在所述第一方向上依次设置的氮极性反转层11、ingan层12、镓极性反转层13和第二n型氮化镓层14。

在该实施例中，该led外延结构通过在氮极性反转层11上可以生长出高质量的ingan层12，同时又利用镓极性反转层13生长第二n型氮化镓层14，并没有在氮极性反转层11上直接生长除ingan层12以外的外延层，这样既得到了高质量的ingan层12，又避免了在氮极性反转层11上直接生长第二n型氮化镓层14，致使其表面粗糙，0杂质并入偏多以及电阻率难以克服的问题，进而极大程度的提高了该led外延结构的光电性能。

具体的，在氮极性反转层11上首先可以生长出高in组分的ingan层12，它的自发极化和压电极化的方向相反，可以有效的改善因in组分的提高，晶格和热膨胀系数失配等原因产生的自发极化和压电极化变大的缺点。

其次，在镓极性反转层13上生长除ingan层12以外的外延层又避免了在氮极性反转层11上直接生长第二n型氮化镓层14，致使其表面粗糙，0杂质并入偏多以及电阻率难以克服的问题，同时能够减小gan材料的蓝移和半峰宽，进而极大程度的提高了该led外延结构的光电性能。

进一步的，参考图3，图3为本发明实施例提供的具有极性反转层的led外延结构的另一结构示意图，所述多量子阱层105的层数为1层-10层，包括端点值，且多层所述多量子阱层105在所述第一方向上依次设置。

需要说明的是，传统多量子阱层为ingan层和gan层的堆叠结构，且一般循环1-10个循环，当为10个循环时，led外延结构的光电性能最佳。

在该实施例中，所述多量子阱层105的层数可以为1层-10层，包括端点值，在本发明实施例中并不作限定，可以为1层或5层循环结构或10层循环结构。

进一步的，参考图4，图4为本发明实施例提供的具有极性反转层的led外延结构的另一结构示意图，当所述多量子阱层105的层数小于10层时，可通过生长传统多量子阱层401进行补充，直至10层。

并且，所述多量子阱层105和传统多量子阱层401在第一方向上的排序并不作限定，例如，参考图5，图5为本发明实施例提供的具有极性反转层的led外延结构的又一结构示意图，先循环设置5层传统多量子阱层401，再循环设置5层所述多量子阱层105；或参考图6，图6为本发明实施例提供的具有极性反转层的led外延结构的又一结构示意图，先循环设置2两层传统多量子阱层401，再循环设置6层所述多量子阱层105，再循环设置2层传统多量子阱层401。

进一步的，所述氮极性反转层11为非掺杂的氮化镓层。

在该实施例中，所述氮极性反转层11的生长温度为650℃-750℃，包括端点值，生长厚度为0.2nm-10nm，包括端点值，例如所述氮极性反转层11的厚度为2nm或5nm或7nm。

需要说明的是，生长所述氮极性反转层11在nh3、tega且轻微富氨的环境下进行生长，其中，nh3的流量为120slm-200slm，tega的流量为50sccm-100sccm，nh3流量的控制可以是恒定也可以脉冲。

进一步的，所述氮极性反转层11为具有掺杂元素的氮化镓层。

在该实施例中，所述氮极性反转层11的的掺杂元素包括但不限定为si，掺杂浓度为1e18/cm³-5e18/cm³，包括端点值，生长温度为650℃-750℃，包括端点值，生长厚度为0.2nm-10nm，包括端点值，例如所述氮极性反转层11的厚度为2nm或5nm或7nm。

需要说明的是，生长所述氮极性反转层11在nh3、tega且轻微富氨的环境下进行生长，其中，nh3的流量为120slm-200slm，tega的流量为50sccm-100sccm，nh3流量的控制可以是恒定也可以脉冲。

进一步的，所述镓极性反转层13为非掺杂的氮化镓层。

在该实施例中，所述镓极性反转层13的生长温度为750℃-850℃，包括端点值，生长厚度为0.2nm-10nm，包括端点值，例如所述镓极性反转层13的厚度为3nm或6nm或8nm。

需要说明的是，生长所述镓极性反转层13在nh3、tega且轻微富镓的环境下进行生长，其中，nh3的流量为30slm-60slm，tega的流量为100sccm-200sccm。

进一步的，所述镓极性反转层13为具有掺杂元素的氮化镓层。

在该实施例中，所述镓极性反转层13的掺杂元素包括但不限定为si，掺杂浓度为1e18/cm³-5e18/cm³，包括端点值，生长温度为750℃-850℃，包括端点值，生长厚度为0.2nm-10nm，包括端点值，例如所述镓极性反转层13的厚度为3nm或6nm或8nm。

需要说明的是，生长所述镓极性反转层13在nh3、tega且轻微富镓的环境下进行生长，其中，nh3的流量为30slm-60slm，tega的流量为100sccm-200sccm。

基于本发明上述全部实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种具有极性反转层的led外延结构的制作方法，参考图7，图7为本发明实施例提供的一种具有极性反转层的led外延结构的制作方法的流程示意图，所述制作方法包括：

s101：如图8所示，提供一衬底101。

在该步骤中，所述衬底101包括但不限定于蓝宝石衬底。

s102：如图9所示，在所述衬底101上以第一方向依次生长的缓冲层102、非掺杂氮化镓层103和第一n型氮化镓层104，其中，所述第一方向垂直于所述衬底101，且由所述衬底101指向所述缓冲层102。

在该步骤中，所述非掺杂氮化镓层103的厚度为2um左右，所述第一n型氮化镓层104的厚度为4um左右。

s103：如图10所示，在所述第一n型氮化镓层104背离所述非掺杂氮化镓层103的一侧以所述第一方向依次生长氮极性反转层11、ingan层12、镓极性反转层13和第二n型氮化镓层14，以形成所述多量子阱层105。

在该步骤中，首先，在所述第一n型氮化镓层104背离所述非掺杂氮化镓层103的一侧生长所述氮极性反转层11，所述氮极性反转层11为非掺杂的氮化镓层或具有掺杂元素的氮化镓层。所述氮极性反转层11的的掺杂元素包括但不限定为si，掺杂浓度为1e18/cm³-5e18/cm³，包括端点值，生长温度为650℃-750℃，包括端点值，生长厚度为0.2nm-10nm，包括端点值，例如所述氮极性反转层11的厚度为2nm或5nm或7nm。需要说明的是，生长所述氮极性反转层11在nh3、tega且轻微富氨的环境下进行生长，其中，nh3的流量为120slm-200slm，tega的流量为50sccm-100sccm，nh3流量的控制可以是恒定也可以脉冲。

其次，在所述氮极性反转层11背离所述第一n型氮化镓层104的一侧生长所述ingan层12，所述ingan层12的厚度为5nm左右。

其次，在所述ingan层12背离所述氮极性反转层11的一侧生长所述镓极性反转层13，所述镓极性反转层13为非掺杂的氮化镓层或具有掺杂元素的氮化镓层。所述镓极性反转层13的掺杂元素包括但不限定为si，掺杂浓度为1e18/cm³-5e18/cm³，包括端点值，生长温度为750℃-850℃，包括端点值，生长厚度为0.2nm-10nm，包括端点值，例如所述镓极性反转层13的厚度为3nm或6nm或8nm。需要说明的是，生长所述镓极性反转层13在nh3、tega且轻微富镓的环境下进行生长，其中，nh3的流量为30slm-60slm，tega的流量为100sccm-200sccm。

最后，在所述镓极性反转层13背离所述ingan层12的一侧生长所述第二n型氮化镓层14，所述第二n型氮化镓层14的厚度为15nm左右。

s104：如图3所示，在循环生长完成预设层数的所述多量子阱层105后，在所述第二n型氮化镓层14背离所述镓极性反转层13的一侧生长p型氮化镓层106。

在该步骤中，所述p型氮化镓层106的厚度为100nm左右。

需要说明的是，在该步骤中，当所述多量子阱层105的层数小于10层时，可通过生长传统多量子阱层进行补充，直至10层，传统多量子阱层为ingan层和gan层的堆叠结构。

并且，所述多量子阱层和传统多量子阱层在第一方向上的排序并不作限定，例如，先循环设置5层传统多量子阱层，再循环设置5层所述多量子阱层；或先循环设置2两层传统多量子阱层，再循环设置6层所述多量子阱层，再循环设置2层传统多量子阱层。

当顶层为传统多量子阱层时，则在其表面生长p型氮化镓层即可；当顶层为所述多量子阱层时，则在所述第二n型氮化镓层背离所述镓极性反转层的一侧生长p型氮化镓层。

本发明实施例只是以一种优选的实施方式进行说明，在本发明实施例中并不作限定。

通过上述描述可知，由该制作方法制成的具有极性反转层的led外延结构，通过在氮极性反转层上可以生长出高质量的ingan层，同时又利用镓极性反转层生长第二n型氮化镓层，并没有在氮极性反转层上直接生长除ingan层以外的外延层，这样既得到了高质量的ingan层，又避免了在氮极性反转层上直接生长第二n型氮化镓层，致使其表面粗糙，0杂质并入偏多以及电阻率难以克服的问题，进而极大程度的提高了该led外延结构的光电性能。

以上对本发明所提供的一种具有极性反转层的led外延结构及制作方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。