專利名稱：一種綠光發(fā)光二極管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鎵(GaN)為基的m-V族氮化物材料的有機(jī)金屬氣相淀積(MOCVD) 外延生長(zhǎng)方法，尤其是涉及一種綠光發(fā)光二極管的制造方法。
背景技術(shù)：
GaN基m-V族氮化物是重要的直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體材料。GaN基材料具有優(yōu)異的材 料機(jī)械和化學(xué)性能，優(yōu)異的光電性質(zhì)，室溫下其帶隙范圍從0.7eV(InN)到6.2eV(AlN)，發(fā)光 波長(zhǎng)涵蓋了遠(yuǎn)紅外、紅外、可見光、紫外光及深紫外，GaN基材料在藍(lán)光、綠光、紫光及白 光二極管等光電子器件領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用背景。
近幾年GaN基藍(lán)光LED的外量子效率獲得重大提高，達(dá)到45%(參見Appl. Phys. Lett 89, 071109)，但是綠光發(fā)光二極管的外量子效率相對(duì)于GaN基藍(lán)光LED低得多(參見Appl. Phys. Lett86,101卯3等)，綠光發(fā)光二極管需要高質(zhì)量的高In組分InxGal-xN/GaN量子阱(x^15。/。)， 然而由于高In組分的InGaN材料容易發(fā)生In的相分離，并且InxGaN/GaN多量子阱的界面 容易產(chǎn)生大量的V型缺陷，上述是綠光LED外量子效率低，抗靜電能力差的主要原因。
鑒于此，有必要提供一種新的工藝方法克服上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種綠光發(fā)光二極管的制造方法，通過在外延生長(zhǎng) InGaN/GaN量子阱中引入一層插入層的方法減少InGaN和GaN間的V型缺陷，并減少In組 分的析出，從而獲得高亮度的，抗靜電能力強(qiáng)的綠光發(fā)光二極管。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種綠光發(fā)光二極管的制造方法，其 采用MOCVD方法，利用高純NH3做N源，三甲基鎵或三乙基鎵做鎵源，三甲基銦做銦源， 三甲基鋁做鋁源，硅垸用作n型摻雜劑，二茂鎂用作p型摻雜劑，其特征在于，該方法包括 以下步驟
步驟一，在MOCVD反應(yīng)室里高溫下用H2處理藍(lán)寶石襯底表面，然后降溫生長(zhǎng)低溫成 核層，接著在高溫下生長(zhǎng)GaN緩沖層，該GaN緩沖層包括非摻雜GaN層及摻Si的n型GaN 層；
步驟二，將溫度降低到650~750°C間，載氣切換為N2，在GaN緩沖層上生長(zhǎng)InxGai.xN/GaN 量子阱，其中0.15《x《0.35，所述InxGai_xN/GaN量子阱包括InGaN阱層，插入層及GaN壘 層，其中TEGa的摩爾流量為O.IXIO—5摩爾/分鐘至1.5X10'5摩爾/分鐘，TMIn的摩爾流量 為5X10's摩爾/分鐘至10X10—s摩爾/分鐘之間或TMA1的摩爾流量為0-1.0Xl(T5摩爾摩爾/
分鐘,NH3的流量為12升/分鐘。
步驟三，在InxGai.xN/GaN量子阱層上生成p型AlGaN電子阻擋層及p型GaN層。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案之一，該插入層是InyGai.yN，其中x〈y^l，并且該層的厚度
0.1 5nrn。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案之一，該插入層是AlzGai.zN，其中0〈z^l，并且該層的厚度為 0.1 5nrn。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案之一，該插入層是AlaInbGai-a.bN，其中0<3<1，0<1)<1并且a，b 的取值需滿足其勢(shì)壘高于GaN的勢(shì)壘，該層的厚度為(U 5nm。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案之一，該插入層是IncAh.cN,其中X<CS1，該層的厚度為 0.1~5nm。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案之一，該包含插入層的InGaN/GaN多量子阱適用于但不局限 于綠光發(fā)光二極管，并且量子阱的數(shù)目為1~20。
本發(fā)明主要通過在外延生長(zhǎng)InGaN/GaN量子阱中引入一層插入層的方法減少InGaN和 GaN間的V型缺陷，并減少In組分的析出，從而獲得高亮度的，抗靜電能力強(qiáng)的綠光發(fā)光二 極管。引入插入層后，300微米X300微米的520nm的綠光LED芯片的20mA下的亮度由 100mcd升高至250mcd，芯片的抗靜電能力由人體模式500V提高至人體模式4000V。


圖1是本發(fā)明綠光發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意其中，l.藍(lán)寶石襯底；2.GaN成核層；3.非摻雜GaN層；4. n型GaN層；5. InGaN/GaN 多量子阱有源層；其中，5a為InGaN阱層，5b為中間插入層，5c為GaN壘層；6. p 型AlGaN載流子阻擋層；7.p型GaN層。
圖2是本發(fā)明綠光發(fā)光二極管的光功率與電流曲線圖。
其中，曲線l是本發(fā)明含插入層的多量子結(jié)構(gòu)的綠光發(fā)光二極管的光功率與電流曲線圖； 曲線2是無插入層的多量子阱結(jié)構(gòu)的綠光發(fā)光二極管的光功率與電流曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施步驟 實(shí)施例一
利用MOCVD設(shè)備外延生長(zhǎng)高亮度的綠光發(fā)光二極管，所用的襯底為(OOl)面的藍(lán)寶石。 如圖1所示，首先在MOCVD反應(yīng)室中將藍(lán)寶石襯底1加熱到1200'C ，在H2下處理5min，
然后溫度降低到500 600。C生長(zhǎng)GaN成核層2，厚度約30nm;然后溫度升至1160°C， H2作 載氣，以3.0微米/小時(shí)的生長(zhǎng)速率外延生長(zhǎng)4微米厚的GaN緩沖層，其中包括0.5微米厚的 非故意摻雜GaN層3和3.5微米厚的摻Si的n型GaN緩沖層4，硅的摻雜濃度在5X 10"cm'3 至5Xl()Wcn^之間；然后將溫度降低到650 750'C間，載氣切換為N2，在該緩沖層上生長(zhǎng)5 個(gè)Ino.2Gaa8N(2.5nm)/Ino.8Gao.2N(0.5nm)/GaN(10nm)，其中TEGa的摩爾流量為O.lXl(T5摩 爾/分鐘至1.5X10—5摩爾/分鐘，TMIn的摩爾流量為5X10—s摩爾/分鐘至10X 10'5摩爾/分鐘之 間，NH3的流量為12升/分鐘，然后把溫度升高至1000~1100°C， H2做載氣，生長(zhǎng)25nm 厚的p型Alo.15Gao.85N和200nrn厚的p型GaN層，Mg摻雜濃度在5X 1019cm'3至5 X 102QcnT3 之間。
實(shí)施例二
利用MOCVD設(shè)備外延生長(zhǎng)高亮度的綠光發(fā)光二極管，所用的襯底為(001)面的藍(lán)寶石。 如圖1所示，首先在MOCVD反應(yīng)室中將藍(lán)寶石襯底1加熱到120(TC，在H2下處理5min, 然后溫度降低到500 60(TC生長(zhǎng)GaN成核層2，厚度約30nm;然后溫度升至1160°C， H2作 載氣，以3.0微米/小時(shí)的生長(zhǎng)速率外延生長(zhǎng)4微米厚的GaN緩沖層，其中包括0.5微米厚的 非故意摻雜GaN層3和3.5微米厚的摻Si的n型GaN緩沖層4，硅的摻雜濃度在5X 1017cm-3 至5Xl(^cm—s之間；然后將溫度降低到650 75(TC間，載氣切換為N2，在該緩沖層上生長(zhǎng)5 個(gè)Ina2Gao.8N(2.5nm)/Al0.8Gao.2N(0.5nm)/ GaN(lO nm)，其中TEGa的摩爾流量為O.lXl(T5摩 爾摩爾/分鐘至1.5X10—5摩爾摩爾/分鐘，TMIn的摩爾流量為5X10—5摩爾摩爾/分鐘，TMA1 的摩爾流量為l.OXl(T5摩爾摩爾/分鐘，NH3的流量為12升/分鐘，然后把溫度升高至 1000~1100°C， H2做載氣，生長(zhǎng)25nm厚的p型Alo.i5Gao.85N和200nm厚的p型GaN層，Mg 摻雜濃度在5 X 1019cm-3至5 X 1020cm-3之間。
本發(fā)明主要通過在外延生長(zhǎng)InGaN/GaN量子阱中引入一層插入層的方法減少InGaN和 GaN間的V型缺陷，并減少In組分的析出，從而獲得高亮度的，抗靜電能力強(qiáng)的綠光發(fā)光二 極管。該插入層是InyGai.yN，其中x<y^l，( 0.15《x《0.35),并且該層的厚度0.1 5nm,由于引入 的In含量增多，其與析出的In可以達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，從而減少In的析出，并可減少InGaN量 子阱與GaN壘間的應(yīng)力及V型缺陷，從而獲得高亮度的，抗靜電能力強(qiáng)的綠光發(fā)光二極管。
該插入層是AlyGa"yN，其中(Xy^l,并且該層的厚度為0.1~5nm，由于A1-N鍵強(qiáng)，引入A1 后可以防止In的揮發(fā)，并且由于AlyGaLyN的勢(shì)壘較大，可以提高對(duì)載流子的限制，增強(qiáng)電子 和空穴的復(fù)合幾率，從而獲得高亮度的，抗靜電能力強(qiáng)的綠光發(fā)光二極管。
該插入層是AlaInbGai-a.bN，其中0<a<l, 0<b<l并且a,b的取值需滿足其勢(shì)壘高于GaN的
勢(shì)壘，該層的厚度為0.1~5nm。
該插入層是IncAh.cN，其中x々Sl，該層的厚度為0.1~5nm。
包含以上插入層的InGaN/GaN多量子阱適用于但不局限于綠光發(fā)光二極管，并且量子阱 的數(shù)目有N個(gè)，N大于等于l小于等于20。
經(jīng)測(cè)試，引入插入層后，300微米X300微米的520nm的綠光LED芯片的20mA下的亮度 由100mcd升高至250mcd，芯片的抗靜電能力由人體模式500V提高至人體模式4000V。
以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案。任何不脫離本發(fā)明精神和范圍的技 術(shù)方案，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種綠光發(fā)光二極管的制造方法，其采用MOCVD方法，利用高純NH3做N源，三甲基鎵或三乙基鎵做鎵源，三甲基銦做銦源，三甲基鋁做鋁源，硅烷用作n型摻雜劑，二茂鎂用作p型摻雜劑，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一，在MOCVD反應(yīng)室里高溫下用H2處理藍(lán)寶石襯底表面，然后降溫生長(zhǎng)低溫成核層，接著在高溫下生長(zhǎng)GaN緩沖層，該GaN緩沖層包括非摻雜GaN層及摻Si的n型GaN層；步驟二，將溫度降低到650～750℃間，載氣切換為N2，在GaN緩沖層上生長(zhǎng)InxGa1-xN/GaN量子阱，其中0.15≤x≤0.35，所述InxGa1-xN/GaN量子阱包括InGaN阱層，插入層及GaN壘層，其中TEGa的摩爾流量為0.1×10-5摩爾/分鐘至1.5×10-5摩爾/分鐘，TMIn的摩爾流量為5×10-5摩爾/分鐘至10×10-5摩爾/分鐘之間或TMAl的摩爾流量為0～1.0×10-5摩爾摩爾/分鐘，NH3的流量為12升/分鐘。步驟三，在InxGa1-xN/GaN量子阱層上生成p型AlGaN電子阻擋層及p型GaN層。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種綠光發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于該插入層是 InyGat.yN，其中x〈y^l,并且該層的厚度0.1 5nrn。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種綠光發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于該插入層是 AlzGai-zN，其中(Kz^l，并且該層的厚度為0.1 5nrn。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種綠光發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于該插入層是 AlaInbGai.a.bN,其中0<&<1,0<1)<1并且a，b的取值需滿足其勢(shì)壘高于GaN的勢(shì)壘，該層的厚度 為0.1 5nrn。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種綠光發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:該插入層是IneAh.cN，其中x<d，該層的厚度為0.1 5nm。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種綠光發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于該包含插入層的 InGaN/GaN多量子阱適用于但不局限于綠光發(fā)光二極管，并且量子阱的數(shù)目為1~20。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種綠光發(fā)光二極管的制造方法，其主要通過在外延生長(zhǎng)InGaN/GaN量子阱中引入一層插入層的方法減少InGaN和GaN間的V型缺陷，并減少In組分的析出，從而獲得高亮度的，抗靜電能力強(qiáng)的綠光發(fā)光二極管。引入插入層后，300微米×300微米的520nm的綠光LED芯片的20mA下的亮度由100mcd升高至250mcd，芯片的抗靜電能力由人體模式500V提高至人體模式4000V。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101359710SQ20081020045
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者周健華, 張國(guó)義, 潘堯波, 郝茂盛, 顏建鋒 申請(qǐng)人:上海藍(lán)光科技有限公司;彩虹集團(tuán)公司;北京大學(xué)