基于r面藍(lán)寶石襯底上黃光LED材料及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體材料，可用于制作GaN黃光LED產(chǎn)品O
技術(shù)背景
[0002]氮化鎵以及H1-V族氮化物在光電子和微電子領(lǐng)域都取得了巨大的進(jìn)步。氮化鎵具有直接帶隙、熱導(dǎo)率高、電子飽和迀移率高、發(fā)光效率高、耐高溫和抗輻射等優(yōu)點，在短波長藍(lán)光一紫外光發(fā)光器件、微波器件和大功率半導(dǎo)體器件等方面有巨大的應(yīng)用前景，理論上講，通過調(diào)節(jié)In的組分，可以實現(xiàn)對可見光波長的全覆蓋。
[0003]2012年1.L.Koslow等人提出了在半極性(11-22) GaN襯底上生長黃光LED全結(jié)構(gòu)的方案，參見Performance and polarizat1n effects in (11-22) long wavelength lightemitting d1des grown on stress relaxed InGaN buffer layers， APPLIED PHYSICSLETTERS，V101N12P1211061-42012。該方案使用的GaN襯底價格非常昂貴，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0004]2015年，K.Lekhal等人提出了在藍(lán)寶石襯底上制備InxGa1 ^/AlyGa1 yN/GaN全結(jié)構(gòu)的方案，參見 Strain-compensated(Ga, In)N/(Al, Ga)N/GaN multiple quantumwells for improved yellow/amber light emiss1n, APPLIED PHYSICS LETTERSV106N14P142101-52015。該方案需要較高的In組分，而高的In組分需要低的生長溫度，同時高的In組分會產(chǎn)生較大的應(yīng)力，導(dǎo)致GaN的結(jié)晶質(zhì)量退化，影響器件性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提供一種基于藍(lán)寶石襯底上黃光LED材料及其制作方法，以簡化工藝復(fù)雜度，提高生長效率，降低成本，提高LED器件性能。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)關(guān)鍵是:采用MOCVD的方法，通過引入C摻雜，使C元素替換N元素形成深能級，提供復(fù)合能級，C雜質(zhì)可以通過C源引入，也可以通過控制工藝?yán)肕OCVD中的C雜質(zhì)實現(xiàn)。
[0007]—.本發(fā)明基于r面藍(lán)寶石襯底上黃光LED材料，自上而下分別為P型GaN層，有源層，成核層和r面藍(lán)寶石襯底，其特征在于有源層使用C摻雜和Si摻雜的η型GaN層，在GaN中引入C的深能級，為發(fā)黃光的電子、空穴提供復(fù)合平臺。
[0008]進(jìn)一步，C摻雜的濃度為I X 117Cm 3?4X 10 19cm 3，Si摻雜的濃度為5 X 117Cm 3?5 X 119Cm 3O
[0009]進(jìn)一步，P型GaN層的厚度為0.01-10 μ m。
[0010]進(jìn)一步，η型GaN層的厚度為0.2-100 μ m。
[0011]二.本發(fā)明基于r面藍(lán)寶石襯底上黃光LED材料的制作方法，包括如下步驟:
[0012](I)將r面藍(lán)寶石襯底置于金屬有機物化學(xué)氣相淀積MOCVD反應(yīng)室中，并向反應(yīng)室通入氫氣與氨氣的混合氣體，對襯底進(jìn)行熱處理，反應(yīng)室的真空度小于2 X 10 2Torr,襯底加熱溫度為900-1200°C，時間為5-10min，反應(yīng)室壓力為20_760Torr ；
[0013](2)在r面藍(lán)寶石襯底上生長厚度為10-200nm，溫度為500-700 °C的低溫成核層；
[0014](3)在低溫成核層之上生長厚度為0.2-100 μπι，Si摻雜濃度為5Χ 1017cm 3?5 X 119Cm 3，C 摻雜濃度為 I X 117Cm 3?4 X 10 19cm 3，溫度為 900-1150。。的高溫 η 型 GaN 有源層；
[0015](4)在η型GaN有源層之上生長厚度為0.01-10 μ m，Mg摻雜濃度為I XlO17Cm3?5父10190113，溫度為900-1150°(:的高溫？型6&~層。
[0016]本發(fā)明由于采用C摻雜和Si摻雜的η型GaN作為有源層，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0017]1.避免了傳統(tǒng)LED結(jié)果中的InGaN量子阱生長，簡化了工藝步驟，提高了生長效率;
[0018]2.避免了 InGaN的存在引起材料晶格失配大的冋題，提尚了材料的質(zhì)量，從而提高LED器件的性能。
[0019]3.可以直接利用MOCVD中的Ga源中的C作為C源，降低了生產(chǎn)成本。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)方案和效果可通過以下附圖和實施例進(jìn)一步說明。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明基于r面藍(lán)寶石襯底上黃光LED材料結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明制作基于r面藍(lán)寶石襯底上黃光LED材料的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]參照圖1，本發(fā)明的黃光LED材料設(shè)有四層，其中第一層為襯底，采用r面藍(lán)寶石；第二層為成核層，采用厚度為10-200nm的AlN ;第三層為有源層，采用厚度為0.2-100 μ m的C摻雜和Si摻雜的η型GaN層，其中C摻雜的濃度為I X 117Cm 3?4X 10 19cm 3，Si摻雜的濃度為5 X 117Cm 3?5 X 1019cm 3，由于在GaN中引入了 C摻雜，因此在GaN中會形成深能級，為發(fā)黃光的電子、空穴提供了復(fù)合的平臺；第四層為P型GaN層，采用厚度為0.01-10 μπι，摻雜濃度為I X 117Cm 3?5 X 10 19cm 3的Mg摻雜GaN0
[0024]參照圖2，本發(fā)明制作基于r面藍(lán)寶石襯底上黃光LED材料的方法，給出如下三種實施例:
[0025]實施例1，制作C摻雜濃度為I X 118Cm 3、Si摻雜濃度為2 X 118Cm 3的η型GaN層有源區(qū)的LED材料。
[0026]步驟1，對襯底基片進(jìn)行熱處理。
[0027]將r面藍(lán)寶石襯底置于金屬有機物化學(xué)氣相淀積MOCVD反應(yīng)室中，并向反應(yīng)室通入氫氣與氨氣的混合氣體，在反應(yīng)室的真空度小于2X10 2Torr,襯底加熱溫度為1100°C，時間為8min，反應(yīng)室壓力為40Torr的條件下，對襯底基片進(jìn)行熱處理。
[0028]步驟2，生長AlN成核層。
[0029]將熱處理后的襯底基片溫度降低為620°C，向反應(yīng)室通入流量為5 ymol/min的鋁源、流量為1200SCCm氫氣和流量為1200SCCm的氨氣，在保持壓力為40Torr的條件下生長厚度為20nm的低溫AlN成核層。
[0030]步驟3，生長C摻雜和Si摻雜的η型GaN有源層。
[0031 ] 向反應(yīng)室通入流量為30 μ mol/min的鎵源、流量為1200sccm氫氣和流量為1500sccm的氨氣，保持反應(yīng)室壓力為40Torr，溫度為1100°C，取C摻雜濃度為I X 10lscm 3，Si摻雜濃度為2 X 118Cm 3，在低溫AlN成核層上生長厚度為3 μ m的η型GaN有源層。
[0032]步驟4，生長P型GaN層。
[0033]將已經(jīng)生長了 C摻雜和Si摻雜的η型GaN層基片溫度保持在1020°C，向反應(yīng)室通入流量為30 ymol/min的鎵源、流量為1200sccm氫氣，流量為1500sccm的氨氣和流量為10 μ mol/min的Mg源，保持壓力為40Torr，溫度為1000 °C，生長厚度為200nm的p型GaN層，形