專利名稱：一種氮化鎵基led外延片及其生長方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種LED外延片的制備方法，特別是一種含有 電容式結(jié)構(gòu)的氮化鎵基LED外延片及其生長方法。
背景技術(shù)：
氮化鎵基材料，包括InGaN、 GaN、 AlGaN合金，為直接帶隙半導體，且?guī)稄?1.8-6. 2eV連續(xù)可調(diào)，是生產(chǎn)高亮度藍、綠光和白光LED的首選材料，廣泛應用于全彩大屏 幕顯示、背光源、信號燈、照明等領(lǐng)域。 GaN基材料大多生長在藍寶石襯底上，由于GaN基材料與藍寶石襯底之間的晶 格失配度較大，約為13.5%，所以會在外延層中產(chǎn)生大量的位錯與缺陷，缺陷的密度高達 1 X 108 1 X 1(T/cm3，且以藍寶石為襯底的GaN基LED芯片的p型和n型電極處于襯底的同 一側(cè)，電流密度分布不均勻。由于藍寶石襯底為絕緣材料，因摩擦、感應、傳導等因素而產(chǎn)生 的靜電電荷難以從襯底方向釋放，當電荷積累到一定程度就會發(fā)生靜電釋放現(xiàn)象(Electro Static Discharge，ESD)。故以藍寶石為襯底的GaN基LED芯片屬于靜電敏感器件，其抗靜 電能力較差。GaN基LED芯片的抗ESD能力在人體模式標準下測量值通常小于士IOOOV(參 考Chang， S.J.等人2003年在Electron Device Letters, IEEE Volume 24， Issue 3發(fā) 表的Improved ESD protection by combining InGaN-GaN MQW LEDs with GaNSchottky diodes)。有些機構(gòu)為了提高GaN基LED器件的ESD而引入了較復雜的器件制造方法(江 忠永，中國專利公開號CN 1988119A)，提高了器件制造的成本。 靜電釋放會以極高的強度很迅速地發(fā)生，放電電流流經(jīng)LED的PN結(jié)時，產(chǎn)生的焦 耳熱使芯片PN兩極之間局部介質(zhì)熔融，造成PN結(jié)短路或漏電，從而造成LED器件突發(fā)性失 效或潛在性失效。突發(fā)性失效造成LED的永久性失效，即短路。潛在性失效則可使LED的 性能參數(shù)劣化，例如漏電流加大， 一般GaN基LED受到靜電損傷后所形成的隱患并無任何方 法可治愈，而且因為參數(shù)劣化導致惡性循環(huán)，最終導致永久性失效。所以必須在外延過程中 引入新的結(jié)構(gòu)以抵抗ESD對器件的損傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含有電容式結(jié)構(gòu)的氮化鎵基LED外延片及其生長方 法，通過在LED外延片中形成電容式結(jié)構(gòu)，對瞬間高壓靜電的沖擊起到了分散、緩沖的作 用，減小了高壓靜電的破壞力，從而提高氮化鎵基LED器件的抗靜電能力。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在氮化鎵基LED外延片中引入電容式結(jié)構(gòu)，該電容式結(jié)構(gòu) 包括n型電容式結(jié)構(gòu)和p型電容式結(jié)構(gòu)，n型電容式結(jié)構(gòu)為氮化鎵基n型層/非摻雜層/ 氮化鎵基n型層結(jié)構(gòu)；p型電容式結(jié)構(gòu)為氮化鎵基p型層/非摻雜層/氮化鎵基p型層結(jié) 構(gòu)；氮化鎵基n型層的電阻很低，而非摻雜層的電阻較高，在電阻較低的摻雜層之間引入高 電阻的非摻雜層，形成類似電容的兩個導電層中間夾電介質(zhì)的結(jié)構(gòu)；氮化鎵基P型層的電 阻較低，而非摻雜層的電阻較高，也形成類似電容的兩個導電層中間夾電介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。
4
所述的非摻雜層為非摻雜氮化鎵或者非摻雜銦鎵氮； 所述的n型電容式結(jié)構(gòu)位于n型氮化鎵層內(nèi)部或者非摻雜氮化鎵層與n型氮化鎵 層之間或者n型氮化鎵層與多量子阱層之間； 所述的p型電容式結(jié)構(gòu)位于p型氮化鎵層內(nèi)部或者p型鋁鎵氮層和p型氮化鎵層 之間或者P型氮化鎵層和高摻雜氮化鎵基電極接觸層之間或者P型鋁鎵氮層和P型氮化鎵 層之間； 所述的氮化鎵基n型層為n型氮化鎵或n型鋁鎵氮，厚度為10 150nm ;氮化鎵 基P型層為P型氮化鎵或P型鋁鎵氮，厚度為2nm到50nm ;非摻雜層為非摻雜氮化鎵或者 非摻雜銦鎵氮，厚度為2 300nm。 所述的n型電容式結(jié)構(gòu)中的氮化鎵基n型層為n型鋁鎵氮；所述的p型電容式結(jié) 構(gòu)中的氮化鎵基P型層為P型鋁鎵氮； 所述的鋁鎵氮的結(jié)構(gòu)為Al。GaeN，其中a， |3為摩爾系數(shù)，0.08《a《0.2， 0. 8《P《0. 92。 所述的n型電容式結(jié)構(gòu)中的氮化鎵基n型層為n型鋁鎵氮；所述的p型電容式結(jié) 構(gòu)中的氮化鎵基P型層為P型氮化鎵。 所述的n型電容式結(jié)構(gòu)中的氮化鎵基n型層為n型氮化鎵；所述的p型電容式結(jié) 構(gòu)中的氮化鎵基P型層為P型鋁鎵氮。 所述的n型電容式結(jié)構(gòu)和p型電容式結(jié)構(gòu)中的非摻雜層為非摻雜氮化鎵或者非摻 雜銦鎵氮； 所述的銦鎵氮結(jié)構(gòu)為InxGayN，其中x， y為摩爾系數(shù)，0. 06《x《0. 1， 0. 9《y《0. 94。 所述的n型電容式結(jié)構(gòu)位于LED外延片的非摻雜氮化鎵層和n型氮化鎵層之間； 所述的P型電容式結(jié)構(gòu)位于LED外延片的p型鋁鎵氮層和p型氮化鎵層之間。
所述的n型電容式結(jié)構(gòu)位于LED外延片的n型氮化鎵層和多量子阱層之間；所述 的P型電容式結(jié)構(gòu)位于LED外延片的p型氮化鎵層和高摻雜氮化鎵基電極接觸層之間。
所述的n型電容式結(jié)構(gòu)位于LED外延片的n型氮化鎵層和多量子阱層之間；所述 的P型電容式結(jié)構(gòu)位于LED外延片的p型鋁鎵氮層和p型氮化鎵層之間。
所述氮化鎵基LED的外延片的生長方法是采用金屬有機化合物化學氣相沉積 (MOCVD)方法生長，一種優(yōu)選的外延生長步驟為在1050°C 125(TC下，在H2環(huán)境中高溫 凈化藍寶石襯底(101)5 10分鐘；降溫至530 560。C，在襯底(101)上生長20 35nm 厚度的低溫氮化鎵基緩沖層(102);升溫至110(TC 120(TC，在低溫氮化鎵基緩沖層上生 長l 2. 5iim厚度的非摻雜氮化鎵(103) ;920 120(TC，在n型氮化鎵上生長氮化鎵基 n型層/氮化鎵基非摻雜層/氮化鎵基n型層結(jié)構(gòu)(11)，該結(jié)構(gòu)中氮化鎵基n型層和氮化 鎵基非摻雜層的單層厚度為2 300nm，氮化鎵基n型層/氮化鎵基非摻雜層/氮化鎵基 n型層結(jié)構(gòu)可以是一個循環(huán)，也可以是多個循環(huán)；同樣的溫度范圍下，在氮化鎵基n型層/ 氮化鎵基非摻雜層/氮化鎵基n型層結(jié)構(gòu)上生長厚度為1. 5 3 ii m的n型氮化鎵(107); 降溫至740 86(TC，在n型氮化鎵上生長5 15個周期的InGaN/GaN的多量子阱(12); 升溫至960 108(TC，在多量子阱上生長30 120nm厚度的p型鋁鎵氮(108);在950 106(TC下，在p型鋁鎵氮上生長氮化鎵基p型層/氮化鎵基非摻雜層/氮化鎵基p型層結(jié)
5構(gòu)(13)，氮化鎵基p型層和氮化鎵基非摻雜層的單層厚度為2 100nm，該結(jié)構(gòu)可以是一個 循環(huán)，也可以是多個循環(huán)；在同樣的溫度范圍下，在氮化鎵基P型層/氮化鎵基非摻雜層/ 氮化鎵基P型層結(jié)構(gòu)上生長厚度為150 400nm的p型氮化鎵(112);最后在p型氮化鎵 上生長5 30nm厚度的高摻雜p型氮化鎵電極接觸層(113)。 這樣得到的LED外延片從下到上的結(jié)構(gòu)為藍寶石襯底；低溫氮化鎵緩沖層；非摻 雜氮化鎵；n型電容式結(jié)構(gòu)；n型氮化鎵；多量子阱；p型鋁鎵氮；p型電容式結(jié)構(gòu)；p型氮化 鎵；高摻雜P型氮化鎵電極接觸層。 由n型電容式結(jié)構(gòu)和p型電容式結(jié)構(gòu)中形成了電容式結(jié)構(gòu)，由ESD引起的瞬間高 壓放電所產(chǎn)生的電荷在電容式結(jié)構(gòu)處被分散，降低了瞬間放電產(chǎn)生的瞬間電流的密度，從 而減小了ESD對器件結(jié)構(gòu)的破壞力，提高了器件的抗靜電能力。 本發(fā)明的金屬有機源是三甲基鎵(TMGa)、三甲基銦(TMIn)、三乙基鎵(TEGa)和三 甲基鋁(TMA1)，氮源是氨氣(NH3) ，n型氮化鎵的摻雜劑為200ppm的H2攜載的硅烷(SiH4)， P型氮化鎵的摻雜劑為二茂鎂(Cp2Mg)。 外延片按照標準芯片工藝制作成325X300iim2的以ITO為透明電極的芯片。對 芯片抗ESD能力的測試參照GJB 548A-1996《微電子器件試驗方法和程序》，采用人體模式 標準(HBM， Human Body Model)，對325X300 ii m2的芯片通過反向4000V的ESD后，測試其 在8V反向電壓下的漏電流，失效標準為0. 5AA，統(tǒng)計達到反向漏電流(Ir)符合標準的芯片 的良品率。 本發(fā)明的優(yōu)點在于通過在氮化鎵基n型層/氮化鎵基非摻雜層/氮化鎵基n型 層結(jié)構(gòu)和氮化鎵基P型層/氮化鎵基非摻雜層/氮化鎵基P型層結(jié)構(gòu)中形成了電容式結(jié) 構(gòu)，有效提高了氮化鎵基LED芯片的抗靜電能力。按標準芯片工藝制作的325X300 yn^的 以ITO為透明電極的芯片，其反向4000V的ESD良品率為90%。


圖1為外延片主要結(jié)構(gòu)示意圖。 101 :藍寶石襯底； 102 :低溫氮化鎵基緩沖層； 103 :非摻雜氮化鎵； ll:n型電容式結(jié)構(gòu)； 107:n型氮化鎵； 12 :多量子阱； 108 :p型鋁鎵氮； 13:p型電容式結(jié)構(gòu)； 112:p型氮化鎵； 113 :高摻雜的GaN基電極接觸層。
具體實施例方式實施例1 :采用MOCVD法生長 1.將藍寶石襯底放入反應室中，然后在H2環(huán)境中升溫至105(TC，穩(wěn)定10分鐘，對襯底進行高溫凈化。 2.降溫至530°C ，在藍寶石襯底上生長20nm厚度的低溫氮化鎵基緩沖層。 3.升溫至110(TC，在低溫氮化鎵基緩沖層上生長lym厚度的非摻雜氮化鎵。 4.在IIO(TC，在非摻雜氮化鎵上生長2個循環(huán)的n型氮化鎵/非摻雜氮化鎵/n
型氮化鎵，n型氮化鎵厚度為lOOnm，非摻雜氮化鎵厚度為300nm。 5.在110(TC，在步驟4生長的結(jié)構(gòu)上生長1.5iim厚度的n型氮化鎵。 6.在N2環(huán)境中，在n型氮化鎵上生長5個周期的多量子阱層，GaN壘層厚度為
20nm，生長溫度為850°C ;InGaN阱層厚度為1. 6nm，生長溫度為810°C。 7.升溫至960。C，在多量子阱上生長30nm厚度的p型Al。^Ga。.85N層。8.在960。C，
在p型Al。. 15Ga。. 85N層上生長10個循環(huán)的p型Al。. 15Ga。. 85N/非摻雜氮化鎵/p型Al。. 15Ga。. 85N，
p型Al。.15Ga。.85N的厚度為4nm ;非摻雜氮化鎵的厚度為8nm。 9.在940°C ，在步驟8生長的結(jié)構(gòu)上再生長150nm厚度的p型氮化鎵。 10.在94(TC，在p型氮化鎵上生長25nm厚度的高摻雜p型氮化鎵電極接觸層。 11.降溫至室溫，生長結(jié)束。
實施例2 :采用MOCVD法生長 1.將藍寶石襯底放入反應室中，然后在H2環(huán)境中升溫至125(TC，穩(wěn)定5分鐘，對 襯底進行高溫凈化。 2.降溫至540°C ，在藍寶石襯底上，生長30nm厚度的低溫氮化鎵基緩沖層。
3.升溫至120(TC，在低溫氮化鎵基緩沖層上生長2iim厚度的非摻雜氮化鎵。
4.保持1200°C ，在非摻雜氮化鎵上生長2 ii m厚度的n型氮化鎵。
5.保持1200°C ，在n型氮化鎵上生長1個循環(huán)的各單層厚度為lOOnm的n型氮化 鎵/非摻雜氮化鎵/n型氮化鎵。 6.在^環(huán)境中，在步驟5生長的結(jié)構(gòu)上生長15個周期的多量子阱層，GaN壘層
厚度為13nm，生長溫度為950°C ;InGaN阱層厚度為2nm，生長溫度為830°C 。 7.升溫至1080。C，在多量子阱層上生長120nm厚度的p型Al。.^a。.gN層。 8.在1000。C，在p型Al。.^a。.9N層上生長200nm厚度的p型氮化鎵。 9.在IOO(TC ，在p型氮化鎵上生長5個循環(huán)的p型GaN/非摻雜氮化鎵/p型GaN，
P型GaN的厚度為5nm ;非摻雜氮化鎵的厚度為10nm。 10.在IOO(TC，在步驟9生長的結(jié)構(gòu)上生長8nm厚度的高摻雜p型氮化鎵電極接 觸層。 11.降溫至室溫，生長結(jié)束。
實施例3 :采用MOCVD法，從下到上依次生長 1.將藍寶石襯底放入反應室中，然后在112環(huán)境中升溫至115(TC，穩(wěn)定7分鐘，對 襯底進行高溫凈化。 2.降溫至550°C ，在藍寶石襯底上生長25nm厚度的低溫氮化鎵基緩沖層。
3.升溫至115(TC生長2 ii m厚度的非摻雜氮化鎵。
4.在1180。C生長1 y m厚度的n型氮化鎵。 5.在118(TC生長2個循環(huán)的各單層厚度為80nm的n型氮化鎵/非摻雜氮化鎵/ n型氮化鎵。
7
6.在118(TC再生長1 y m厚度的n型氮化鎵。 7.在N2環(huán)境中生長10個周期的多量子阱層，GaN壘層厚度為15nm，生長溫度為
850°C ;InGaN阱層厚度為1. 8nm，生長溫度為820°C 。 8.升溫至104(TC生長lOOnm厚度的p_Al。.。8Ga。.92N層。 9.在IOO(TC生長lOOnm厚度的p型氮化鎵。 10.在100(TC生長3個循環(huán)的p-GaN/非摻雜氮化鎵/p-GaN，p-GaN的厚度為lOnm ; 非摻雜氮化鎵的厚度為20nm。 11.在IOO(TC再生長lOOnm厚度的p型氮化鎵。 12.在IOO(TC生長15nm厚度的高摻雜p型氮化鎵電極接觸層。 13.降溫至室溫，生長結(jié)束。
實施例4 :采用MOCVD法，從下到上依次生長 1.將藍寶石襯底放入反應室中，然后在112環(huán)境中升溫至115(TC，穩(wěn)定7分鐘，對 襯底進行高溫凈化。 2.降溫至55(TC生長25nm厚度的低溫氮化鎵基緩沖層。
3.升溫至115(TC生長2 ii m厚度的非摻雜氮化鎵。
4.在1180。C生長1 y m厚度的n型氮化鎵。 5.在1180 °C生長1個循環(huán)的n_Al。.2Ga。.8N/非摻雜氮化鎵/n型氮化鎵， n-Al。^Ga。.sN厚度為lOOnm，非摻雜氮化鎵厚度為20nm， n型氮化鎵厚度為lOOnm。
6.在118(TC再生長1 y m厚度的n型氮化鎵。 7.在N2環(huán)境中生長10個周期的多量子阱層，GaN壘層厚度為15nm，生長溫度為
850°C ;InGaN阱層厚度為1. 8nm，生長溫度為820°C 。 8.升溫至104(TC生長lOOnm厚度的p_Al。.。8Ga。.92N層。 9.在IOO(TC生長lOOnm厚度的p型氮化鎵。 10.在100(TC生長3個循環(huán)的p-GaN/非摻雜氮化鎵/p-GaN，p-GaN的厚度為lOnm ; 非摻雜氮化鎵的厚度為20nm。 11.在IOO(TC再生長lOOnm厚度的p型氮化鎵。 12.在IOO(TC生長20nm厚度的高摻雜p型氮化鎵電極接觸層。 13.降溫至室溫，生長結(jié)束。
實施例5 :采用MOCVD法，從下到上依次生長
除步驟5以外，其它步驟如具體實施方式
4所述， 步驟5即在1150°C生長10個循環(huán)的n_Al。. 15Ga。.85N/非摻雜氮化鎵/n_Al。. 15Ga。.85N， n-Al。.15Ga。.85N厚度為15，非摻雜氮化鎵厚度為lOnm。
實施例6 :采用MOCVD法，從下到上依次生長
除步驟5以外，其它步驟如具體實施方式
4所述， 步驟5即在115(TC生長20個循環(huán)的n-AlaiGa。.9N/非摻雜氮化鎵/n_Al。.^a。.gN， n-AlMGauN厚度為IO，非摻雜氮化鎵厚度為lOnm。
實施例7 :采用MOCVD法，從下到上依次生長
除步驟5以外，其它步驟如具體實施方式
4所述， 步驟5即在118(TC生長2個循環(huán)的n-Al。^Ga。.85N/非摻雜氮化鎵/n-Al。jGa。.85N，
8n-Al。.15Ga。.85N厚度為200nm，非摻雜氮化鎵厚度為80nm。
實施例8 :采用MOCVD法，從下到上依次生長
除步驟8以外，其它步驟如具體實施方式
1所述， 步驟8即在1000°C生長20個循環(huán)的p_Al。. 。8Ga。. 92N/非摻雜氮化鎵/p_Al。. 。8Ga。.92N， p-Al。.。8Ga。.92N的厚度為2nm ;非摻雜氮化鎵的厚度為10nm。
實施例9 :采用MOCVD法，從下到上依次生長
除步驟8以外，其它步驟如具體實施方式
1所述， 步驟8即在106(TC生長8個循環(huán)的p_Al。.2Ga。.8N/非摻雜氮化鎵/p_Al。.2Ga。.8N， p-Al。.2Ga。.8N的厚度為10nm ;非摻雜氮化鎵的厚度為20nm。
實施例10 :采用MOCVD法，從下到上依次生長
除步驟9以外，其它步驟如具體實施方式
2所述， 步驟9即在102(TC生長1個循環(huán)的p-GaN/非摻雜氮化鎵/p_GaN， p-GaN的厚度
為50nm ;非摻雜氮化鎵的厚度為lOOnm。
實施例11 :采用MOCVD法，從下到上依次生長 除步驟9以外，其它步驟如具體實施方式
2所述， 步驟9即在98(TC生長10個循環(huán)的p-GaN/非摻雜氮化鎵/p_GaN， p-GaN的厚度
為20nm ;非摻雜氮化鎵的厚度為20nm。
實施例12 :采用MOCVD法，從下到上依次生長 除步驟10以外，其它步驟如具體實施方式
4所述， 步驟10即在IOO(TC生長5個循環(huán)的p_Al。.2Ga。.8N/非摻雜氮化鎵/p_Al。.2Ga。.8N， p-Al。.2Ga。.8N的厚度為15nm ;非摻雜氮化鎵的厚度為15nm。
實施例13 :采用MOCVD法，從下到上依次生長 1.將藍寶石襯底放入反應室中，然后在112環(huán)境中升溫至122(TC，穩(wěn)定5分鐘，對 襯底進行高溫凈化。 2.降溫至540。C生長20nm厚度的低溫氮化鎵基緩沖層。
3.升溫至1200。C生長2iim厚度的非摻雜氮化鎵。
4.在1200。C生長2iim厚度的n型氮化鎵。 5.在95(TC生長4個循環(huán)的n型氮化鎵/非摻雜In?！笹a。.gN/n型氮化鎵，n型氮化 鎵厚度為20nm，非摻雜InaiGa。.9N厚度為4nm。6.在N2環(huán)境中生長15個周期的多量子阱層，GaN壘層厚度為13nm，生長溫度為
950°C ;InGaN阱層厚度為2nm，生長溫度為830°C 。 7.升溫至108(TC生長120nm厚度的p-Al。.^a。.9N層。 8.在IOO(TC生長200nm厚度的p型氮化鎵。 9.在IOO(TC生長5個循環(huán)的p-GaN/非摻雜氮化鎵/p-GaN，p-GaN的厚度為5nm ; 非摻雜氮化鎵的厚度為10nm。 10.在IOO(TC生長8nm厚度的高摻雜p型氮化鎵電極接觸層。
11.降溫至室溫，生長結(jié)束。
實施例14 :采用MOCVD法，從下到上依次生長 1.將藍寶石襯底放入反應室中，然后在112環(huán)境中升溫至122(TC，穩(wěn)定5分鐘，對襯底進行高溫凈化。 2.降溫至540。C生長20nm厚度的低溫氮化鎵基緩沖層。
3.升溫至120(TC生長2iim厚度的非摻雜氮化鎵。
4.在1200°C生長2 ii m厚度的n型氮化鎵。 5.在98(TC生長6個循環(huán)的n型氮化鎵/非摻雜In。.。6Ga。.94N/n型氮化鎵，n型氮 化鎵厚度為lOnm，非摻雜InaiGa。.9N厚度為2nm。 6.在N3環(huán)境中生長15個周期的多量子阱層，GaN壘層厚度為13nm，生長溫度為
950°C ;InGaN阱層厚度為2nm，生長溫度為830°C 。 7.升溫至1080。C生長120nm厚度的p_Al。. ^a。.gN層。 8.在IOO(TC生長20個循環(huán)的p-Al0. 。8Ga。. 92N/非摻雜氮化鎵/p_Al。. 。8Ga。.92N，
p-Al。.。8Ga。.92N的厚度為2nm ;非摻雜氮化鎵的厚度為10nm 9.在IOO(TC生長200nm厚度的p型氮化鎵。 10.在IOO(TC生長8nm厚度的高摻雜p型氮化鎵電極接觸層。 11.降溫至室溫，生長結(jié)束。
實施例15 :采用MOCVD法，從下到上依次生長 1.將藍寶石襯底放入反應室中，然后在112環(huán)境中升溫至122(TC，穩(wěn)定5分鐘，對 襯底進行高溫凈化。 2.降溫至540。C生長20nm厚度的低溫氮化鎵基緩沖層。
3.升溫至120(TC生長2iim厚度的非摻雜氮化鎵。
4.在1200°C生長2 ii m厚度的n型氮化鎵。 5.在92(TC生長1個循環(huán)的n型氮化鎵/非摻雜In。. 12Ga。.88N/n型氮化鎵，n型氮 化鎵厚度為30nm，非摻雜InaiGa。.9N厚度為5nm。 6.在N2環(huán)境中生長15個周期的多量子阱層，GaN壘層厚度為13nm，生長溫度為
950°C ;InGaN阱層厚度為2nm，生長溫度為830°C 。 7.升溫至1080。C生長120nm厚度的p_Al。. ^a。.gN層。 8.在980。C生長2個循環(huán)的p_GaN/非摻雜In。.。6Ga。.94N/p_GaN， p-GaN的厚度為
30nm ;非摻雜In。.。6Ga。.94N的厚度為3nm。 9.在IOO(TC生長200nm厚度的p型氮化鎵。 10.在IOO(TC生長8nm厚度的高摻雜p型氮化鎵電極接觸層。 11.降溫至室溫，生長結(jié)束。
實施例16 :采用MOCVD法，從下到上依次生長 1.將藍寶石襯底放入反應室中，然后在112環(huán)境中升溫至122(TC，穩(wěn)定5分鐘，對 襯底進行高溫凈化。 2.降溫至540。C生長20nm厚度的低溫氮化鎵基緩沖層。
3.升溫至1200。C生長2iim厚度的非摻雜氮化鎵。 4.在120(TC生長2個循環(huán)的各單層厚度為150nm的n型氮化鎵/非摻雜氮化鎵 /n型氮化鎵。 5.在120(TC生長2iim厚度的n型氮化鎵。 6.在N2環(huán)境中生長15個周期的多量子阱層，GaN壘層厚度為13nm，生長溫度為
10950°C ;InGaN阱層厚度為2nm，生長溫度為830°C。 7.升溫至1080。C生長120nm厚度的p_Al。. ^a。.gN層。 8.在95(TC生長4個循環(huán)的p-GaN/非摻雜In?！笹a。.9N/p-GaN， p-GaN的厚度為
10nm ;非摻雜InaiGa。.9N的厚度為2nm。 9.在IOO(TC生長200nm厚度的p型氮化鎵。 10.在IOO(TC生長8nm厚度的高摻雜p型氮化鎵電極接觸層。 11.降溫至室溫，生長結(jié)束。
權(quán)利要求
一種氮化鎵基LED外延片，其結(jié)構(gòu)自下而上依次為藍寶石襯底、低溫氮化鎵緩沖層、非摻雜氮化鎵層、n型氮化鎵層、多量子阱層、p型鋁鎵氮層、p型氮化鎵層和高摻雜p型氮化鎵電極接觸層，其特征在于該氮化鎵基LED外延片含有電容式結(jié)構(gòu)，所述的電容式結(jié)構(gòu)包括1～20個循環(huán)的n型電容式結(jié)構(gòu)和1～20個循環(huán)的p型電容式結(jié)構(gòu)；所述的n型電容式結(jié)構(gòu)為氮化鎵基n型層/非摻雜層/氮化鎵基n型層結(jié)構(gòu)；所述的p型電容式結(jié)構(gòu)為氮化鎵基p型層/非摻雜層/氮化鎵基p型層結(jié)構(gòu)；所述的非摻雜層為非摻雜氮化鎵或者非摻雜銦鎵氮；所述的n型電容式結(jié)構(gòu)位于n型氮化鎵層內(nèi)部或者非摻雜氮化鎵層與n型氮化鎵層之間或者n型氮化鎵層與多量子阱層之間；所述的p型電容式結(jié)構(gòu)位于p型氮化鎵層內(nèi)部或者p型鋁鎵氮層和p型氮化鎵層之間或者p型氮化鎵層和高摻雜氮化鎵基電極接觸層之間或者p型鋁鎵氮層和p型氮化鎵層之間；所述的氮化鎵基n型層為n型氮化鎵或n型鋁鎵氮，厚度為10～150nm；氮化鎵基p型層為p型氮化鎵或p型鋁鎵氮，厚度為2nm到50nm；非摻雜層為非摻雜氮化鎵或者非摻雜銦鎵氮，厚度為2～300nm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵基LED外延片，其特征在于所述的n型電容式結(jié) 構(gòu)中的氮化鎵基n型層為n型鋁鎵氮；所述的p型電容式結(jié)構(gòu)中的氮化鎵基p型層為p型 鋁鎵氮；所述的鋁鎵氮的結(jié)構(gòu)為AlaGaeN，其中a， |3為摩爾系數(shù)，0.08《a《0.2， 0. 8《P《0. 92。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵基LED外延片，其特征在于所述的n型電容式結(jié) 構(gòu)中的氮化鎵基n型層為n型鋁鎵氮；所述的p型電容式結(jié)構(gòu)中的氮化鎵基p型層為p型 氮化鎵。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵基LED外延片，其特征在于所述的n型電容式結(jié) 構(gòu)中的氮化鎵基n型層為n型氮化鎵；所述的p型電容式結(jié)構(gòu)中的氮化鎵基p型層為p型 鋁鎵氮。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵基LED外延片，其特征在于所述的n型電容式結(jié) 構(gòu)和P型電容式結(jié)構(gòu)中的非摻雜層為非摻雜氮化鎵或者非摻雜銦鎵氮；所述的銦鎵氮結(jié)構(gòu)為InxGayN，其中x， y為摩爾系數(shù)，0. 06《x《0. 1， 0. 9《y《0. 94。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵基LED外延片，其特征在于所述的n型電容式結(jié) 構(gòu)位于LED外延片的非摻雜氮化鎵層和n型氮化鎵層之間；所述的p型電容式結(jié)構(gòu)位于LED 外延片的P型鋁鎵氮層和P型氮化鎵層之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵基LED外延片，其特征在于所述的n型電容式結(jié) 構(gòu)位于LED外延片的n型氮化鎵層和多量子阱層之間；所述的p型電容式結(jié)構(gòu)位于LED外 延片的P型氮化鎵層和高摻雜氮化鎵基電極接觸層之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵基LED外延片，其特征在于所述的n型電容式結(jié) 構(gòu)位于LED外延片的n型氮化鎵層和多量子阱層之間；所述的p型電容式結(jié)構(gòu)位于LED外 延片的P型鋁鎵氮層和P型氮化鎵層之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種氮化鎵基LED外延片的生長方法，采用金屬有機化合物化學氣相沉積(M0CVD)方法，在藍寶石襯底上依次生長低溫氮化鎵緩沖層、非摻雜氮化鎵層、 n型氮化鎵層、多量子阱層、p型鋁鎵氮層、p型氮化鎵層和高摻雜的GaN基電極接觸層，其特 征在于，在920 120(TC的溫度下，在非摻雜氮化鎵層與n型氮化鎵層之間、n型氮化鎵層 內(nèi)部或者n型氮化鎵層與多量子阱層之間生長1到20個循環(huán)的n型電容式結(jié)構(gòu)；在950 106(TC的溫度下，在p型鋁鎵氮層與p型氮化鎵層之間、p型氮化鎵層內(nèi)部或者P型氮化鎵 層與高摻雜氮化鎵基電極接觸層之間生長1到20個循環(huán)的p型電容式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氮化鎵基LED外延片及其生長方法，即在氮化鎵基LED外延片中引入電容式結(jié)構(gòu)，該電容式結(jié)構(gòu)包括n型電容式結(jié)構(gòu)和p型電容式結(jié)構(gòu)，n型電容式結(jié)構(gòu)為氮化鎵基n型層/非摻雜層/氮化鎵基n型層結(jié)構(gòu)；p型電容式結(jié)構(gòu)為氮化鎵基p型層/非摻雜層/氮化鎵基p型層結(jié)構(gòu)；通過在n型和p型氮化鎵層中形成電容式外延結(jié)構(gòu)，緩解靜電對氮化鎵基LED芯片的沖擊，提高LED芯片對靜電的耐受能力。
文檔編號H01L33/00GK101752480SQ20081022984
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者劉海燕, 楊天鵬, 肖志國, 郭文平, 陳向東 申請人:大連路美芯片科技有限公司