GaN超晶格層7共同組成，總厚度為0.15 μ m-0.22 μ m，其中低溫高摻雜GaN層中Mg的摻雜濃度為lE+19-lE+20atom/cm3，高溫正常摻雜的AlGaN/GaN超晶格層中Mg的摻雜濃度為lE+18-lE+19atom/cm3，Al 的摻雜濃度為 lE+17-lE+18atom/cm3。高溫正常摻雜的 AlGaN/GaN超晶格層的周期為5-10，總厚度為50-70nm，AlGaN或GaN的單層厚度是4_6nm，單個周期中AlGaN和GaN層的厚度比是1:1-3:10
[0030]上述可降低外延片電壓的GaN基外延結(jié)構(gòu)的生長方法，包括以下步驟:
[0031 ] (I)采用金屬有機物化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)，將襯底I放進金屬有機物化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)腔內(nèi)，反應(yīng)腔的壓力為80-180mbar，溫度為1100_1300°C，使用氫氣作為載氣進行襯底I表面處理，該過程持續(xù)時間為10-15分鐘。
[0032](2)將反應(yīng)腔壓力增加至300-800mbar，在襯底I上生長厚度為3 μ m_4 μ m的N型
GaN 層 2。
[0033](3)將溫度降至 700-800°C，通入 1200_1500sccm 的 TMIn 源和 25_40sccm 的 TMGa源，周期性生長InGaN/GaN多量子阱有源區(qū)層3，InGaN/GaN的周期數(shù)為12-18，InGaN/GaN多量子阱有源區(qū)層3的厚度為0.15 μ m-0.2 μπι，In的摻雜濃度為lE+19-3E+20atom/cm3。
[0034](4)將溫度降至600-700 °C，反應(yīng)腔壓力維持在300_800mbar，通入55000-65000sccm 的 NH3、25_50sccm 的 TMGa 源和 2000_3000sccm 的 Cp2Mg 源，時間持續(xù)l-2min，形成低溫高摻雜的GaN層5，該層厚度為60_90nm ;其中Mg的摻雜濃度為lE+19-lE+20atom/cm3。
[0035](5)升高溫度至700-900°C，反應(yīng)腔壓力維持不變，通入30000-40000sccm的順3和20-30sccmTMGa源，時間持續(xù)50_100s，形成不摻雜的GaN層6，該層厚度為40_60nm。
[0036](6)再升高溫度到 900-1050°C，通入 30000-60000sccm 的 NH3、30_50sccm 的 TMGa、1500-2000sccm 的 Cp2Mg、150-200sccm 的 TMAl，生長高溫正常摻雜的 P 型 AlGaN/GaN 超晶格層 7，其中 Mg 的摻雜濃度 lE+18-lE+19atom/cm3，Al 的摻雜濃度 lE+19-2E+20atom/cm3;AlGaN或GaN的單層厚度是4_6nm，I個周期中AlGaN和GaN層的厚度比是1:1_3: 1，周期為5-10，該層厚度為50-70nm。
[0037]定乂本發(fā)明的GaN基外延結(jié)構(gòu)為樣品I，常規(guī)GaN基外延結(jié)構(gòu)為樣品2，對這兩種樣品進行光電參數(shù)測量，其中圖2給出了本發(fā)明GaN基外延結(jié)構(gòu)1-V曲線8和常規(guī)GaN基外延結(jié)構(gòu)1-V曲線9。圖3是兩種樣品光功率對比。將本發(fā)明GaN基外延結(jié)構(gòu)1-V曲線8和常規(guī)GaN基外延結(jié)構(gòu)1-V曲線9對比，可以明顯看出，本發(fā)明GaN基外延結(jié)構(gòu)驅(qū)動電壓比常規(guī)GaN基外延結(jié)構(gòu)驅(qū)動電壓降低0.17V。將兩組光功率數(shù)據(jù)對比，樣品I的光效比樣品2尚出8 %左右。
【主權(quán)項】
1.一種可降低電壓的GaN基外延結(jié)構(gòu)，自下而上依次設(shè)置有襯底、N型GaN層、InGaN/GaN多量子阱有源區(qū)和P型GaN層，其特征是，P型GaN層由低溫高摻雜的GaN層、不摻雜GaN層和高溫正常摻雜的AlGaN/GaN超晶格層三部分由下至上依次分布而成，其中低溫高摻雜GaN層中Mg的摻雜濃度為1E+19-1E+20 atom/cm3,高溫正常摻雜的AlGaN/GaN超晶格層中 Mg 的摻雜濃度為 1E+18-1E+19 atom/cm3, Al 的摻雜濃度為 1E+17-1E+18 atom/cm3。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述可降低電壓的GaN基外延結(jié)構(gòu)，其特征是，所述襯底為藍寶石襯底、碳化硅襯底或硅襯底，襯底厚度為200 μπι-ΙΟΟΟ μπι。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述可降低電壓的GaN基外延結(jié)構(gòu)，其特征是，所述N型GaN層的厚度為 3 μπι-4 μ??ο4.根據(jù)權(quán)利要求1所述可降低電壓的GaN基外延結(jié)構(gòu)，其特征是，所述InGaN/GaN多量子阱有源區(qū)的厚度為0.15μπι-0.2μπι。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述可降低電壓的GaN基外延結(jié)構(gòu)，其特征是，所述InGaN/GaN多量子阱有源區(qū)中InGaN/GaN的周期數(shù)為12-18，In的摻雜濃度為1E+19-3E+20 atom/cm3。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述可降低電壓的GaN基外延結(jié)構(gòu)，其特征是，所述P型GaN層的總厚度為 0.15 μ m-0.22 μ m。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述可降低電壓的GaN基外延結(jié)構(gòu)，其特征是，所述高溫正常摻雜的AlGaN/GaN超晶格層的周期為5-10，總厚度為50_70nm，AlGaN或GaN的單層厚度是4_6nm，單個周期中AlGaN和GaN層的厚度比是1:1_3:1。8.—種權(quán)利要求1所述可降低電壓的GaN基外延結(jié)構(gòu)的生長方法，其特征是，包括以下步驟: (O將襯底放進金屬有機物化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)腔內(nèi)，反應(yīng)腔的壓力為80-180mbar，溫度為1100-1300°C，使用氫氣作為載氣進行襯底表面處理，該過程持續(xù)時間為10-15分鐘； (2 )將反應(yīng)腔壓力增加至300-800mbar，在襯底上生長厚度為3 μ m_4 μ m的N型GaN層； (3)將溫度降至700-800°C，通入 1200-1500sccm 的 TMIn 源和 25_40sccm 的 TMGa 源，周期性生長InGaN/GaN多量子阱有源區(qū)層，厚度為0.15 μ m-0.2 μ m，InGaN/GaN的周期數(shù)為12-18，In 的摻雜濃度為 1E+19-3E+20 atom/cm3； (4)在溫度600-700°C，壓力 300-800mbar 的反應(yīng)室內(nèi)，通入 55000-65000sccm 的 NH3、25-50sccm的TMGa源和2000-3000sccm的Cp2Mg源，形成低溫高摻雜P型GaN層，厚度為60-90nm，其中 Mg 的摻雜濃度為 1E+19-1E+20 atom/cm3； (5)升高溫度至700-900°C，壓力維持不變，通入30000-40000sccm的NH3和20_30sccmTMGa源，時間持續(xù)50-100秒，形成不摻雜的GaN層，厚度為40_60nm ； (6)再升高溫度至IJ900-1050 °C,通人 30000-60000sccm 的 NH3、30_50sccm 的 TMGa、1500-2000sccm的Cp2Mg和150_200sccm的TMAl，生長高溫正常摻雜的AlGaN/GaN超晶格層；其中Mg的摻雜濃度為1E+18-1E+19 atom/cm3，Al的摻雜濃度是1E+17-1E+18 atom/cm3,AlGaN或GaN的單層厚度是4_6nm，單個周期中AlGaN和GaN層的厚度比是1:1_3:1，周期為5-10，總厚度為 50-70nm。
【專利摘要】一種可降低電壓的GaN基外延結(jié)構(gòu)及其制備方法；該結(jié)構(gòu)自下而上依次設(shè)置有襯底、N型GaN層、InGaN/GaN多量子阱有源區(qū)和P型GaN層，P型GaN層由低溫高摻雜的GaN層、不摻雜GaN層和高溫正常摻雜的AlGaN/GaN超晶格層三部分由下至上依次分布而成；其生長方法，包括以下步驟：（1）襯底表面處理；（2）在襯底上生長N型GaN層；（3）周期性生長InGaN/GaN多量子阱有源區(qū)層；（4）生長低溫高摻雜P型GaN層；（5）生長不摻雜的GaN層；（6）生長高溫正常摻雜的AlGaN/GaN超晶格層。本發(fā)明將P型GaN層設(shè)計成V形摻雜，改善了空穴遷移率，提高了空穴對發(fā)光層的注入，降低了驅(qū)動電壓，提升了器件抗靜電能力，延長了LED芯片及器件使用壽命，提高了發(fā)光效率。
【IPC分類】H01L33/06, H01L33/32
【公開號】CN105161591
【申請?zhí)枴緾N201510690322
【發(fā)明人】曹志芳, 夏偉, 閆寶華, 徐現(xiàn)剛
【申請人】山東浪潮華光光電子股份有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年10月22日