一種具有P型AlInGaN接觸層的LED及其制備方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種具有P型AlInGaN接觸層的LED及其制備方法，屬于光電子
技術(shù)領(lǐng)域：
?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]二十世紀(jì)九十年代初，以氮化物為代表的第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料獲得了歷史性突破，科研人員在氮化鎵材料上成功地制備出藍(lán)綠光和紫外光LED，使得LED照明成為可能。1971年，第一只氮化鎵LED管芯面世，1994年，氮化鎵HEMT出現(xiàn)了高電子遷移率的藍(lán)光GaN基二極管，氮化鎵半導(dǎo)體材料發(fā)展十分迅速。[0003]半導(dǎo)體發(fā)光二極管具有體積小、堅固耐用、發(fā)光波段可控性強(qiáng)、光效高、低熱損耗、光衰小、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，在全色顯示、背光源、信號燈、光電計算機(jī)互聯(lián)、短距離通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，逐漸成為目前電子電力學(xué)領(lǐng)域研究的熱點。氮化鎵材料具有寬帶隙、高電子遷移率、高熱導(dǎo)率、高穩(wěn)定性等一系列優(yōu)點，因此在短波長發(fā)光器件、光探測器件以及大功率器件方面有著廣泛的應(yīng)用和巨大的市場前景。[0004]通常，LED包含n型襯底、形成于該襯底上的n型外延區(qū)以及形成于n型外延區(qū)上的P型外延區(qū)。為了便于對裝置施加電壓，陽極歐姆接觸形成于該裝置的P型區(qū)（通常為暴露的P型外延層）上，陰極歐姆接觸形成于該裝置的n型區(qū)（例如襯底或者暴露的n型外延層）上。由于GaN在高溫生長時氮的離解壓很高，很難得到大尺寸的GaN體單晶材料，目前大部分GaN外延器件還只能在其他襯底上（如藍(lán)寶石襯底）進(jìn)行異質(zhì)外延生長。[0005]P型區(qū)是制造GaN基LED器件必不可少的重要環(huán)節(jié)，P-GaN結(jié)構(gòu)及其外延生長方法是提高GaN基LED光取出效率的關(guān)鍵。由于難以形成導(dǎo)電良好的P型III族氮化物材料(例如GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN和AlInN)，P型層內(nèi)電流分布的缺乏可能成為這些材料所形成LED性能的限制因素。因此，我們期望在暴露的P型層盡可能多的表面區(qū)域上形成歐姆接觸，從而引導(dǎo)電流穿過該裝置有源區(qū)盡可能大的區(qū)域。然而，提供大的陽極接觸從某些方面而言對裝置性能是有害的。通常期望從發(fā)光二極管提取盡可能多的光。由于陽極歐姆接觸通常包括金屬層，LED有源區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光會在歐姆接觸中部分地吸收，降低了該裝置的總發(fā)光效率。在一些裝置中，我們期望在暴露的P型層上形成反射金屬層，使得通常會穿過P型層從裝置逃逸的光被反射回到裝置內(nèi)，穿過襯底被提取。然而，例如鋁和銀的高反射金屬并不形成與P型氮化物材料的良好歐姆接觸。因此，通常在P型氮化物層和反射體之間提供歐姆接觸，降低歐姆接觸中的吸收成為這些裝置中關(guān)心的問題。因此，需要改善現(xiàn)有的歐姆接觸結(jié)構(gòu)以及在P型氮化物材料上形成歐姆接觸結(jié)構(gòu)的方法。[0006]目前，國內(nèi)主要LED廠家的P-GaN的比接觸電阻都僅在102Ohm?cm2數(shù)量級，這是因為P-GaN空穴濃度太低以及缺乏功函數(shù)足夠高的金屬所致，只有P型GaN重?fù)綍r才可形成良好的歐姆接觸。2000年，文獻(xiàn)"JangJS，ParkSJ，SeongTYetal.LowresistanceandthermallystablePt/RuOhmiccontactstop-typeGaN[J].PhysicaStatusSolidi(A)AppliedResearch，2000,180(I):103-107"涉及了采用Pt/Ru與P-GaN接觸，經(jīng)熱退火得到低阻2.2X106ohm?cm2。Jin-KuoHo等人用Ni/Au作接觸金屬，在氧氣氣氛下退火500°C，得到4X106ohm?cm2的接觸比電阻（見文獻(xiàn)HoJK，JongCS，HuangCNetal.Low-resistanceohmiccontactstop-typeGaNachievedbytheoxidationofNi/Aufilms[J].Appl.Phys.Lett.，1999,86(8):4491-4497)。Kumakura等人在Pd/Au和P-GaN之間插入一層2mn的應(yīng)變InGaN接觸層，未經(jīng)任何處理就得到了相當(dāng)?shù)偷慕佑|電阻率(見文獻(xiàn)KumakuraK，MakimotoT，KobayashiN.Kobayashi.Low-resistancenonalloyedohmiccontacttoP-typeGaNusingstrainedInGaNcontactlayer[J].Appl.Phys.Lett.2001,79(16):2588-2590)〇[0007]對于如何改善歐姆接觸，國內(nèi)外有一些專利文獻(xiàn)。中國專利文獻(xiàn)CN102324455A公開的用于P型氮化物發(fā)光裝置的超薄歐姆接觸及其形成方法，提供了一種半導(dǎo)體基發(fā)光裝置（LED)，可包含P型氮化物層和該p型氮化物層上的金屬歐姆接觸。該金屬歐姆接觸平均厚度約小于比接觸電阻率（103〇hm?cm2)。沉積速率約為每秒0.IA到0.5A，在約350nm的測量波長下足以提供約大于98%的標(biāo)準(zhǔn)化透射率，以提供用于金屬歐姆接觸的具有第一平均厚度的金屬層，且陪片上該金屬層的厚度指示被監(jiān)控。如果該指示高于預(yù)定指示閾值，則進(jìn)一步以后續(xù)時間間隔或后續(xù)速率沉積金屬以增加平均厚度。但是該專利方法在沉積過程中不易控制其厚度。[0008]中國專利文獻(xiàn)CN101183642A公開的《一種P-GaN低阻歐姆接觸的制備方法》，該專利涉及一種P型氮化鎵低阻歐姆接觸的制備方法，在P-GaN結(jié)構(gòu)上生長5個周期的P-InGaN/P-AlGaN超晶格層，之上生長P-InGaN蓋層，結(jié)果表明采用p-InGaN/p-AlGaN超晶格作頂層可以獲得更低的比接觸電阻。該超晶格中P-InGaN和P-AlGaN存在應(yīng)變補(bǔ)償效應(yīng)，可以提高材料表面質(zhì)量、改善P-GaN薄膜的質(zhì)量，但是空穴濃度較難保證。[0009]表面粗化技術(shù)是一種改變GaN與空氣接觸面的幾何圖形的一種技術(shù)，從另一方面提升了電子器件發(fā)光效率。如中國專利文獻(xiàn)CN101521258A公開的《一種提高發(fā)光二極管外量子效率的方法》，該方法提供了一種粗化方法，是通過提高表面P型GaN的Mg摻雜濃度，從而達(dá)到表面粗化的目的。但是該專利使用重?fù)組g的方法進(jìn)行粗化會使反應(yīng)室存在Mg原子的記憶效應(yīng)，減短MOCVD設(shè)備的維護(hù)周期，不利于生產(chǎn)的穩(wěn)定性。[0010]中國專利文獻(xiàn)CN102789976A公開的《一種GaN基LED芯片的制作方法》，涉及了一種具有低串聯(lián)電阻和良好P型歐姆接觸的GaN基LED制作方法，包括步驟：提供一GaN基LED外延片；清潔所述GaN基LED外延片，并將其干燥；在所述外延片P-GaN表面上沉積一鎵空位誘導(dǎo)層；將前述GaN基LED外延片進(jìn)行退火；去除所述GaN基LED外延片表面的鎵空位誘導(dǎo)層；在經(jīng)過以上處理的GaN基LED外延片上制作P型歐姆接觸層以及P、N電極。與常規(guī)LED芯片制作方法相比，本方法處理得到的芯片電壓低0.2V，亮度并沒有差異?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0011]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種具有P型AlInGaN接觸層的LED，該結(jié)構(gòu)能提高P型GaN結(jié)構(gòu)空穴濃度，從而提升外量子效率，所得P型接觸層超晶格結(jié)構(gòu)晶格失配小，從本質(zhì)上降低接觸電阻，改善P型GaN薄膜質(zhì)量，提高出光效率。[0012]發(fā)明概述：[0013]本發(fā)明是通過LED芯片中所設(shè)置的P型AlInGaN層中In的摻雜量有規(guī)律的變化后，改變了P型AlInGaN層的能帶分布，減弱了P型AlInGaN層的價帶對空穴注入時的阻擋作用，同時不削弱其對電子的阻擋作用。該結(jié)構(gòu)在一定程度上能夠改善表面粗化，改善P型GaN薄膜質(zhì)量，提高出光效率。通過采用該結(jié)構(gòu)，LED芯片的歐姆接觸能降低10%左右。[0014]術(shù)語說明：[0015]ULED:發(fā)光二極管的簡稱。[0016]發(fā)明詳述：[0017]本發(fā)明的技術(shù)方案如下：[0018]-種具有P型AlInGaN接觸層的LED，其結(jié)構(gòu)由下至上依次包括襯底，成核層，緩沖層，N型GaN層，多量子阱發(fā)光層，P型結(jié)構(gòu)；其中，[0019]所述成核層是氮化鎵層、氮化鋁層或鋁鎵氮層之一；[0020]所述緩沖層為非摻雜GaN層；[0021]所述多量子阱發(fā)光層是由InGaN勢阱層和GaN勢壘層周期性交替疊加構(gòu)成；[0022]所述P型結(jié)構(gòu)組成依次為P型AlGaN層、P型GaN層和P型AlInGaN接觸層。[0023]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述多量子阱發(fā)光層為5-20個周期。[0024]本發(fā)明上述的一種具有P型AlInGaN接觸層的LED的制備方法，包括以下步驟：[0025](1)將藍(lán)寶石或碳化硅襯底放入金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD)設(shè)備的反應(yīng)室中，在氫氣氣氛下加熱到1000-1500°C，處理5-30分鐘；[0026](2)在處理過的藍(lán)寶石或碳化硅襯底上生長氮化鎵、氮化鋁或者鋁鎵氮成核層；[0027](3)在上述成核層上生長非摻雜氮化鎵緩沖層、N型GaN層以及多量子阱發(fā)光層；[0028](4)在上述多量子阱發(fā)光層上生長P型結(jié)構(gòu)，包括P型AlGaN層、P型GaN層和P型AlInGaN接觸層；其中P型AlInGaN接觸層生長時包括以下步驟：[0029]在生長溫度為200-1200°C、壓力為120-800mbar的環(huán)境下，開啟Al源，Al源流量為56-104SCCm;在Al源通入之前、同時或之后，開啟In源，In源初始流量為0-800SCCm;該層生長時間為20-600s，Mg摻雜濃度為0.IXIO1Vcm3-3.5XIO2Vcm3;In源流量每秒變化量為0.3-100sccm，In源通入時間為20-600S，這樣隨著In源流量的速率不斷的變化得到一組In組分漸變的P型AlInGaN接觸層。[0030]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的上述步驟（2)中，氮化鎵成核層生長溫度440-800°C，厚度15-600nm;氮化鋁和鋁鎵氮成核層，生長溫度600-1250°C，厚度30-200nm。[0031]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的上述步驟（3)中，非摻雜氮化鎵層緩沖層生長溫度為1000-120(TC，厚度為0?1-3iim;N型GaN層生長溫度為1000-1405°C，厚度為0?3-2.5iim;多量子阱發(fā)光層的厚度為200-300nm，由5-20個周期的InGaN勢阱層和GaN勢壘層交互疊加構(gòu)成；單個周期的所述InGaN勢講層的厚度為2-3.5nm，單個周期的所述GaN勢壘層的厚度為5_14nm。[0032]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的上述步驟（4)中，P型AlGaN層生長溫度為500-900°C，Mg摻雜濃度3XIOisVcm3-8XIO1Vcm3。[0033]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的上述步驟（4)中，P型GaN層生長溫度為800-1200°C，Mg摻雜濃度5XIO1Vcm3-8XIO1Vcm3。[0034]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的上述步驟（4)中，P型AlInGaN接觸層厚度為2-800nm。[0035]本發(fā)明上述的P型AlInGaN接觸層結(jié)構(gòu)，用于制備氮化鎵基發(fā)光二極管。[0036]根據(jù)本發(fā)明，所述的各個生長層均為金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD)外延生長層。[0037]本發(fā)明的優(yōu)良效果：當(dāng)前第1頁1 2