專利名稱：發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體器件結(jié)構(gòu)，尤其是一種發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明還涉及一種發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)的制作方法。
技術背景高亮度發(fā)光二極管在顯示、裝飾和景觀照明中的應用越來越廣泛。但 是戶外使用的惡劣條件對發(fā)光二極管器件的性能，尤其是抗靜電能力提出 越來越高的要求。裝飾電路很多是串連電路，如果有一個發(fā)光二極管壞掉將會造成整條線的發(fā)光二極管熄滅。而各種顏色的發(fā)光二極管中，以GaN(氮化鎵)為材料制作的藍綠光發(fā)光二極管的抗靜電能力一直比較薄弱。 近年來臺灣、日本以及國內(nèi)的一些企業(yè)在這方面投入了巨大的研究資源，從多個角度試圖提高芯片的抗靜電能力。芯片的抗靜電能力主要跟兩個因素相關 一是芯片內(nèi)部的電場和電流 密度分布，二是GaN材料的晶體質(zhì)量。就電流密度分布來說， 一般情況下， n-GaN:Si的載流子濃度較高，可達到10'8an p-GaN:Mg的載流子濃度較小， 一般為10' cm—3;由于P區(qū)的載流子濃度相對較小，因此在p-n結(jié)附近，P 區(qū)的電場相對較大。對于GaN晶體質(zhì)量來說，采用金屬氧化物化學氣相沉積技術制備的GaN 晶體往往存在或多或少的缺陷，降低了晶體質(zhì)量。而且，為了提高器件的 出光效率，位于上層的GaN層需要進行粗化?，F(xiàn)有比較普遍的粗化工藝是
低溫生長GaN層，但是低溫工藝會導致晶體質(zhì)量大大降低，更嚴重的影響 了器件防靜電的性能。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)，能夠具 有較好的晶體質(zhì)量，以及較好的防靜電的能力，使得器件的性能得到提升。為解決上述技術問題，本發(fā)明發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)的技術方案是，由 下到上依次包括如下各層藍寶石襯底、緩沖成核層、未摻雜的GaN層、 摻Si的GaN層、多量子阱層、摻Al和Mg的GaN層和摻Mg的GaN層，所 述摻Si的GaN層分為位于下面的第一摻Si的GaN層和位于上面的第二摻 Si的GaN層，所述第一摻Si的GaN層與所述第二摻Si的GaN層之間還包 括有摻Si的AlGaN層。本發(fā)明所要解決的另一技術問題是，提供一種發(fā)光二極管器件的制作 方法，其步驟簡單易行，制作出的發(fā)光二極管器件具有較好的晶體質(zhì)量和 防靜電能力。為解決上述技術問題，本發(fā)明發(fā)光二極管器件的制作方法的技術方案 是，包括如下步驟(1) 高溫清潔襯底片采用H2作載氣，反應室溫度1000°C 1200°C， 時間10分鐘 30分鐘；(2) 生長緩沖成核層有機MO源采用TMGa，高純氣體原料采用NH3，以 H2作載氣，反應室溫度500。C 600。C，膜厚20nm 40nm;(3) 生長未摻雜GaN層有機MO源采用TMGa，高純氣體原料采用NH:,，
以H2作載氣，反應室溫度105(TC 115(TC，膜厚0.4pm 1.2"m;(4) 生長N型GaN層先生長第--摻Si的GaN層，然后生長摻Si的A1G油' 層，再生長第二摻Si的GaN層；生長第一 Si的GaN層和第二摻Si的GaN 層時，有機MO源采用TMGa，高純氣體原料采用NH3，以ft作載氣，反應室 溫度105CTC 1150°C;生長摻Si的AlGaN層時，有機MO源采用TMGa、TMAl 、 CP2Mg，高純氣體原料采用NH3，以&和H2混合氣體作載氣，時間為250s 1000s,溫度為850。C 95(TC，壓力為100 Torr 200Torr，膜厚為500 A 1000A;朋3的流量為10L 20L， SiH4流量為2sccm 10sccm， TMA1的流量 為20sccm 50sccm， TMGa流量為15sccm 30sccm;所述N型GaN層總的膜 厚為3 ii m 5 u m;(5) 生長多量子阱層所述多量子阱包括5周期的n-GaN/InGaN，有機 MO源采用TEGa和TMIn，高純氣體原料采用NH3，以^作載氣，反應室溫度 700。C 80()。C，壘的膜厚150A 250A，阱的膜厚20A 50A;(6) 生長摻Al和Mg的GaN層有機MO源采用TMGa、 TMA1、 CP2Mg，高 純氣體原料采用NH:i，以隊和H2混合作載氣，反應室溫度850。C 95(TC， 膜厚200A 4()0A生長時間為100s 400s，壓力為100 200Torr， MV流量 為10L 20L， CP2Mg的流量為300sccm 500sccm， TMA1的流量為20sccm 50sccm， TMGa的流量為15sccm 30sccm;(7) 生長摻Mg的GaN層時間為600s 1200s，溫度為900°C 1000°C， 壓力為100Torr 200Torr,載氣為^和&的混合氣體，&的流量為15L 30L， CP2Mg流量為400sccm 600sccm， TMGa流量為30sccm 60sccm; (8)爐內(nèi)后退火N2作載氣，反應室溫度60(TC 700。C，時間10分鐘 40 ^牽中。本發(fā)明通過上述方法制作發(fā)光二極管器件，其步驟簡單，易于實現(xiàn)， 制作出的發(fā)光二極管器件具有很好的晶體質(zhì)量以及良好的防靜電能力，大 大的提高了發(fā)光二極管的性能。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明-附圖為本發(fā)明發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中附圖標記為，l.藍寶石襯底；2.緩沖成核層；3.未摻雜的GaN層； 4.第一摻Si的GaN層；5.摻Si的AlGaN層；6.第二摻Si的GaN層；7.多 量子阱層；8.摻Al和Mg的GaN層；9.摻Mg的高溫GaN層；10.摻Mg的低溫Ga』層。
具體實施方式
本發(fā)明發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)可參見附圖所示，由下到上依次包括如下 各層藍寶石襯底l、緩沖成核層2、未摻雜的GaN層3、 N型GaN層、多 量子阱層7、摻Al和Mg的GaN層8和摻Mg的GaN層，所述N型GaN層分 為位于下面的第一摻Si的GaN層4和位于上面的第二摻Si的GaN層6，所 述第一摻Si的GaN層4與所述第二摻Si的GaN層6之間還包括有摻Si的 AlGaN層5。所述第一摻Si的GaN層4、摻Si的AlGaN層5和第二摻Si的GaN層 6的總的厚度為3 u m 5 u m。
所述摻Mg的GaN層包括位于下面的摻Mg的高溫GaN層9和位于上面的摻Mg的低溫GaN層10。所述摻Mg的低溫GaN層10為粗化層。本發(fā)明還公開了一種上述的發(fā)光二極管器件的制作方法，包括如下步驟(1) 高溫清潔襯底片采用H2作載氣，反應室溫度100(TC 120(TC， 時間10分鐘 30分鐘；(2) 生長緩沖成核層有機MO源采用TMGa，高純氣體原料采用NH3，以 H2作載氣，反應室溫度500。C 600。C，膜厚20ran 40nm;(3) 生長未摻雜GaN層有機MO源采用TMGa，高純氣體原料采用NH3， 以H2作載氣，反應窒溫度105(TC 115(TC，膜厚0.4txm 1.2um;(4) 生長N型Ga^層先生長第一摻Si的GaN層，然后生長摻Si的AlGaN 層，再生長第二摻Si的GaN層；生長第一 Si的GaN層和第二摻Si的GaN 層時，有機MO源采用TMGa，高純氣體原料采用NH3，以H2作載氣，反應室 溫度105(TC 115(TC;生長摻Si的AlGaN層時，有機MO源采用TMGa、TMAl、 CP2Mg，高純氣體原料采用朋3，以Nz和IV混合氣體作載氣，時間為250s 1000s，溫度為850。C 95(TC，壓力為100 Torr 200Torr，膜厚為500 A IOOOA;冊3的流量為10L 20L， SiH4流量為2sccm 10sccm， TMA1的流量 為20sccm 50sccm， TMGa流量為15sccm 30sccm;所述N型GaN層總的膜 厚為3y m 5iini;(5) 生長多量子阱層所述多量子阱包括5周期的n-GaN/InGaN，有機 M0源采用TEGa和TMIn，高純氣體原料采用朋3，以^作載氣，反應室溫度700。C 80(TC，壘的膜厚150A 250A，阱的膜厚20A 50A;(6) 生長摻Al和Mg的GaN層有機MO源采用TMGa、 TMA1、 CP2Mg，高 純氣體原料采用朋3，以N2和H2混合作載氣，反應室溫度85(TC 95(TC， 膜厚200A 400A生長時間為100s 400s，壓力為100 200Torr，朋3流量 為10L 20L， CP2Mg的流量為300sccm 500sccm， TMA1的流量為20sccm 50sccm， TMGa的流量為15sccm 30sccm;(7) 生長摻Mg的GaN層時間為600s 1200s，溫度為90(TC 1000。C， 壓力為100Torr 200Torr，載氣為化和H2的混合氣體，&的流量為15L 30L， CP2Mg流量為400sccm 600sccm， TMGa流量為30sccm 60sccm;(8) 爐內(nèi)后退火N2作載氣，反應室溫度600°C 700°C,時間10分鐘 40分鐘。在上述發(fā)光二極管器件的制作方法的步驟(7)中，先生長摻Mg的高溫GaN層有機MO源采用TMGa， CP2Mg，高純氣體原 料采用NH"以&和H2混合作載氣，反應室溫度900。C 980。C，膜厚30nm 60rmu然后生長摻Mg的低溫GaN層有機MO源采用TMGa， CP2Mg，高純氣體 原料采用NH:!，以N2/U混合作載氣，反應室溫度830。C 恥(TC ，膜厚200nm 400nm。提高器件的抗靜電能力的一種途徑就是提高晶體的結(jié)晶質(zhì)量，在本發(fā) 明的器件結(jié)構(gòu)中，在所述多量子阱層7下面，摻Si的GaN層分為位于T面 的第一摻Si的GaN層4和位于上面的第二摻Si的GaN層6,所述第一摻 Si的GaN層4與所述第二摻Si的GaN層6之問還包括有摻Si的AlGaN層 5。這種結(jié)構(gòu)也提高了晶體的結(jié)晶質(zhì)量，從而提高了器件的抗靜電能力。提高器件的抗靜電能力的另一種方法是減弱P型GaN的電場，可以采 用的方法是將P型GaN晶體厚度加厚。這樣在電壓相同的情況下，P區(qū)內(nèi)的 電場得到減弱，電流變小。但是，如果將P型GaN加厚，會影響器件的晶 體質(zhì)量，甚至影響多量子阱層7的質(zhì)量。本發(fā)明中，所述P型GaN包括摻 Al和Mg的GaN層8、摻Mg的高溫GaN層9和摻Mg的低溫GaN層10，在制 作過程中，先高溫(900。C 980。C)生長較薄層(30mn 60nm)的摻Mg的 高溫GaN層9來確保較好的晶體質(zhì)量，然后低溫生長較厚(200nm 400咖) 的摻Mg的低溫GaN層lO。為了保護了前面生長的多量子阱層7，避免長時 間的高溫外延對其造成影響，必須采用低溫(83(TC 90(TC)生長摻A1和 Mg的GaN層8。通過優(yōu)化生長P型GaN時的溫度、壓力、生長速率等關鍵 參數(shù)，較好地改善了晶體的結(jié)晶狀況，減少了缺陷，達到既能提高芯片的P 層抗靜電能力又可以較好的與粗化結(jié)合起來；所謂粗化層就是在生長p-GaN 層時，通過加大三甲基鎵(TMGa)的流量來加快GaN的生長速率，同時加 大P型摻雜二茂鎂(CP2Mg)的濃度，重摻雜的p-GaN可保證PN結(jié)的低電 阻性能。本發(fā)明通過在摻Mg的低溫GaN層10和摻Al和Mg的GaN層8之間摻 入摻Mg的高溫GaN層9，保證了晶體的缺陷少，也保證了粗化層的實現(xiàn)， 還保護了多量子阱層，既能提高芯片的器件的抗靜電能力，又可以較好的
與粗化結(jié)合起來提高出光強度。
權(quán)利要求
1. 一種發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)，由下到上依次包括如下各層藍寶石襯底、緩沖成核層、未摻雜的GaN層、N型GaN層、多量子阱層、摻Al和Mg的GaN層和摻Mg的GaN層，其特征在于，所述N型GaN層分為位于下面的第一摻Si的GaN層和位于上面的第二摻Si的GaN層，所述第一摻Si的GaN層與所述第二摻Si的GaN層之間還包括有摻Si的AlGaN層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第 一摻Si的GaN層、摻Si的AlGaN層和第二摻Si的GaN層的總的厚度為3 li m 5 p m。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述摻 Mg的GaN層包括位于下面的摻Mg的高溫GaN層和位于上面的摻Mg的低溫 GaN層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述摻 Mg的低溫GaN層為粗化層。
5. —種如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管器件的制作方法，其特征在于， 包括如下歩驟(1) 高溫清潔襯底片采用H2作載氣，反應室溫度100(TC 120(TC， 時間10分鐘 30分鐘；(2) 生長緩沖成核層有機MO源采用TMGa，高純氣體原料采用NH"以 H2作載氣，反應室溫度50(TC 60(TC，膜厚20nm 40nm;(3) 生長未摻雜GaN層有機MO源采用TMGa，高純氣體原料采用NH" 以H"乍載氣，反應室溫度105(TC 115(TC，膜厚0.4nm 1.2um;(4) 生長N型GaN層先生長第一摻Si的GaN層，然后生長摻Si的AlGaN 層，再生長第二摻Si的GaN層；生長第一 Si的GaN層和第二摻Si的GaN 層時，有機MO源釆用TMGa，高純氣體原料釆用NH3,以&作載氣，反應室 溫度105(TC 1150。C;生長摻Si的AlGaN層時，有機MO源采用TMGa、TMAl、 CP2Mg，高純氣體原料采用朋3，以&和H2混合氣體作載氣，時間為250s lOOOs，溫度為850。C 950。C，壓力為100 Torr 200Torr，膜厚為500 A IOOOA; NH3的流量為10L 20L， Si仏流量為2sccm 10sccm， TMA1的流量 為20sccm 50sccm， TMGa流量為15sccm 30sccm;所述N型GaN層總的膜 厚為3 li m 5y m;(5) 生長多量子阱層所述多量子阱包括5周期的n-GaN/InGaN，有機 MO源采用TEGa和TMIn，高純氣體原料采用NH3，以隊作載氣，反應室溫度 70(TC 80(TC，壘的膜厚150A 250A，阱的膜厚20A 50A;(6) 生長摻A1和Mg的GaN層有機MO源采用TMGa、 TMA1、 CP2Mg，高 純氣體原料采用NH3，以化和H2混合作載氣，反應室溫度850。C 95(rC， 膜厚200A 400A生長時間為100s 400s，壓力為100 200Torr， NH,流量 為10L 20L， CP2Mg的流量為300sccm 500sccm， TMA1的流量為20sccm 50sccm， TMGa的流量為15sccm 30sccm;(7) 生長摻Mg的GaN層時間為600s 1200s，溫度為900°C 1000°C， 壓力為100Torr 200Torr，載氣為！^和H2的混合氣體，N2的流量為15L 30L， CP2Mg流量為400sccm 600sccm， TMGa流量為30sccm 60sccm;(8) 爐內(nèi)后退火N2作載氣，反應室溫度60(TC 70(rC，時間10分鐘 40分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管半導體器件的制作方法，其特征在于，在步驟(7)中，先生長摻Mg的高溫GaN層有機MO源釆用TMGa， CP2Mg,高純氣體原料采用鵬,，以K和H2混合作載氣，反應室溫度900°C 980°C，膜厚30nm 60nm;然后生長摻Mg的低溫GaN層有機MO源采用TMGa， CP2Mg，高純氣體 原料采用NH3,以Ns和Hr混合作載氣，反應室溫度83(TC 90(TC，膜厚 200nm 400nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)，由下到上依次包括如下各層藍寶石襯底、緩沖成核層、未摻雜的GaN層、N型GaN層、多量子阱層、摻Al和Mg的GaN層和摻Mg的GaN層，所述N型GaN層分為位于下面的第一摻Si的GaN層和位于上面的第二摻Si的GaN層，所述第一摻Si的GaN層與所述第二摻Si的GaN層之間還包括有摻Si的AlGaN層。本發(fā)明還公開了上述發(fā)光二極管器件的制作方法，在制作N型GaN層的時候，包括先生長第一摻Si的GaN層，然后生長摻Si的AlGaN層，再生長第二摻Si的GaN層的步驟。本發(fā)明通過上述方法制作發(fā)光二極管器件，其步驟簡單，易于實現(xiàn)，制作出的發(fā)光二極管器件具有很好的防靜電能力和晶體結(jié)構(gòu)，大大的提高了發(fā)光二極管的性能。
文檔編號H01L33/00GK101212000SQ200610148298
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
發(fā)明者丁曉民, 付小朝, 輝 季, 朱廣敏, 黃寶億 申請人:上海藍光科技有限公司