一種氮化鎵基led外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)，屬于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的外延生長技術(shù)領(lǐng)域。一種氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)，包括在襯底層上依次生長的GaN緩沖層、uGaN層、n型GaN：Si層、InGaN/GaN多量子阱層、p型AlGaN電子阻擋層和p型GaN：Mg層，其特征在于，在InGaN/GaN多量子阱層和p型AlGaN電子阻擋層之間插入一層厚度為5-100nm的低溫p型InAlGaN層。本實(shí)用新型通過在InGaN/GaN多量子阱層和p型AlGaN電子阻擋層之間插入一層低溫p型InAlGaN層其生長溫度為600-900℃，不會使在其之前生長的InGaN/GaN多量子阱層遭到破壞，從而避免了影響發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
【專利說明】
一種氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的外延生長技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體發(fā)光芯片發(fā)光效率的提升和制造成本的下降，半導(dǎo)體發(fā)光芯片已被廣泛應(yīng)用于背光、顯示和照明等領(lǐng)域。
[0003]為了使LED能夠應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，特別是環(huán)境惡劣的戶外照明，對LED的可靠性，特別是以反向擊穿電壓為特征的抗靜電能力提出了更高的要求。目前，LED的發(fā)光效率盡管已遠(yuǎn)大于其它光源的發(fā)光效率，但仍低于其理論最高值。顯而易見，如果能通過改善LED芯片用的外延結(jié)構(gòu)來提升其發(fā)光效率和抗靜電能力有其廣寬的實(shí)用價值和顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
[0004]目前，氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)主要是采用M°CVD技術(shù)生長在各種襯底表面。通常采用的結(jié)構(gòu)如圖1所示，為在外延襯底11表面依次生長的GaN緩沖層12、uGaN層13、n型GaN層14、InGaN/GaN多量子阱層15、p型AlGaN電子阻擋層16以及P型GaN層17。
[0005]如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的P型AlGaN電子阻擋層的生長，將直接影響到外延層材料的質(zhì)量和器件的性能。按照目前的LED生長技術(shù)存在反向擊穿電壓低和發(fā)光強(qiáng)度沒有顯著增強(qiáng)的缺陷。主要原因表現(xiàn)為:P型AlGaN電子阻擋層須在1000°C以上生長，而活性發(fā)光層InGaN/GaN多量子阱的生長溫度為700°C至850°C，因此當(dāng)活性發(fā)光層生長結(jié)束后溫度升高到1000°C以上時，會使其低溫生長的多量子阱結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而影響發(fā)光二極管的發(fā)光效率;再次，由于P型AlGaN的生長溫度較高，加之Mg在高溫下擴(kuò)散系數(shù)增加很快，因此在p型AlGaN電子阻擋層高溫生長的過程中，Mg將不可避免地向位于其下的InGaN/GaN多量子阱有源區(qū)中擴(kuò)散，這又必將對發(fā)光二極管產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。顯而易見，通常采用的氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)存在本質(zhì)的缺陷。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于針對上述問題，提供了一種氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)，能夠顯著提高LED芯片的反向擊穿電壓和發(fā)光效率。
[0007]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)，包括在襯底層上依次生長的GaN緩沖層、UGaN層、η型GaN: Si層、InGaN/GaN多量子阱層、P型AlGaN電子阻擋層和P型GaN = Mg層，其特征在于，在InGaN/GaN多量子阱層和P型AlGaN電子阻擋層之間插入一層厚度為5-100nm的低溫P型InAlGaN層。
[0009]其中，所述低溫P型InAlGaN層中銦鋁合計組份含量不超過50%。
[0010]其中，所述低溫P型InAlGaN層在氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)中的摻雜濃度為119-1021cm-3o
[0011]其中，所述低溫P型InAlGaN層的生長方法為:
[0012]在InGaN/GaN多量子阱層生長結(jié)束后，生長一層厚度為5-100nm的低溫P型InAlGaN層，生長溫度在600-900 °C之間，反應(yīng)腔壓力在10-200Torr之間，載氣流量為5-40升/分鐘，氨氣流量為100-600摩爾/分鐘，三甲基鎵流量為80-400微摩爾/分鐘，三甲基銦流量為400-600微摩爾/分鐘，三甲基鋁流量為20-100微摩爾/分鐘，二茂鎂流量為為0.5-5微摩爾/分鐘，生長時間為1-10分鐘。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果為:在InGaN/GaN多量子阱層和P型AlGaN電子阻擋層之間插入一層低溫P型InAlGaN層，其生長溫度為600-900°C，不會使在其之前生長的InGaN/GaN多量子阱層遭到破壞，從而避免了影響發(fā)光二極管的發(fā)光效率;而且低溫P型InAlGaN層中的銦、鋁還可以起到提高發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度的作用，進(jìn)一步保證了發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
【附圖說明】
[0014]圖1為傳統(tǒng)的氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型中的氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0017]如圖2所示，一種氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)，包括在襯底層21上依次生長的GaN緩沖層22、uGaN層23、n型6315丨層24、11163~/^~多量子阱層254型八163~電子阻擋層27和口型6&1Mg層28，并且在InGaN/GaN多量子阱層25和P型AlGaN電子阻擋層27之間還插入了一層厚度為5-100nm的低溫P型InAlGaN層26。具體為:在InGaN/GaN多量子阱層25的最后兩個量子阱結(jié)構(gòu)上，先于低溫下生長一層厚度為5-100nm的P型InAlGaN層26，然后在該P(yáng)型InAlGaN層26上生長P型AlGaN電子阻擋層27。
[0018]其中，低溫P型InAlGaN層26中銦鋁合計組份含量不超過50%，且該低溫P型InAlGaN層26在氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)中的摻雜濃度為1019-1021cm—3。
[0019]本實(shí)用新型中所述的氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)，可以采用美國Veeco公司的M°CVDK300設(shè)備進(jìn)行生長，具體以(0001)向藍(lán)寶石(A1203)作襯底，利用高純順3作咐原，高純H2和N2的混合氣體作載氣，三甲基鎵或三乙基鎵作Ga源，三甲基銦作In源，三甲基鋁作Al源，η型摻雜劑為硅烷，P型摻雜劑為二茂鎂。
[0020]一種氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)的生長方法具體包括如下步驟:
[0021]步驟一，在襯底層21上生長一層GaN緩沖層22，生長溫度為500°C-800°C，反應(yīng)腔壓力為200-500Torr，載氣流量為10-30升/分鐘，三甲基鎵流量為20-250微摩爾/分鐘，氨氣流量為20-80摩爾/分鐘，生長時間為1_10分鐘；
[0022]步驟二，在GaN緩沖層22生長結(jié)束后，生長一層uGaN層23，生長溫度為950_1180 V，反應(yīng)腔壓力為76-250Torr，載氣流量為5_20升/分鐘，三甲基鎵流量為80-400微摩爾/分鐘，氨氣流量為200-800摩爾/分鐘，生長時間為20-60分鐘；
[0023]步驟四，在uGaN層23生長結(jié)束后，生長一層η型GaN: Si層24，生長溫度為950_11500C，反應(yīng)腔壓力為76-250Torr，載氣流量為5_20升/分鐘，三甲基鎵流量為80-400微摩爾/分鐘，氨氣流量為200-800摩爾/分鐘，硅烷流量為0.2-2.0納摩爾/分鐘，時間為10-40分鐘；
[0024]步驟五:在η型GaN=Si層24生長結(jié)束后，生長InGaN/GaN多量子阱層25，所述InGaN/GaN多量子阱層25包括4至15個周期數(shù)的依次交疊的InGaN阱層和GaN皇層；所述InGaN阱層的生長溫度為700-850 °C，反應(yīng)腔壓力為100-500Torr，載氣流量為5-20升/分鐘，氨氣流量為200-800摩爾/分鐘，三甲基鎵流量為0.1-1.0微摩爾/分鐘，三甲基銦流量為10-50微摩爾/分鐘，時間為0.1-5分鐘；所述GaN皇層的生長溫度為700-900°C，反應(yīng)腔壓力為100-500Torr，載氣流量為5-20升/分鐘，氨氣流量為200-800摩爾/分鐘，三甲基鎵流量為
0.1-1.0微摩爾/分鐘，硅烷流量為0.2-2.0納摩爾/分鐘；
[0025]步驟六，在InGaN/GaN多量子阱層生長結(jié)束后，生長一層厚度為5-100nm低溫P型InAlGaN層26，生長溫度在600-900°C之間，反應(yīng)腔壓力在10-200Torr之間，載氣流量為5-40升/分鐘，氨氣流量為100-600摩爾/分鐘，三甲基鎵流量為80-400微摩爾/分鐘，三甲基銦流量為400-600微摩爾/分鐘，三甲基鋁流量為20-100微摩爾/分鐘，二茂鎂流量為為0.5_5微摩爾/分鐘，生長時間為1_10分鐘；
[0026]步驟七，在低溫P型InAlGaN層26生長結(jié)束后，生長一層P型AlGaN電子阻擋層27，生長溫度為700-1000°C，反應(yīng)腔壓力為50-200Torr，載氣流量為5-20升/分鐘，氨氣流量為100-400摩爾/分鐘，三甲基鋁流量為20-100微摩爾/分鐘，三甲基鎵流量為80-200微摩爾/分鐘，二茂鎂流量為150-400納摩爾/分鐘，時間為1-10分鐘；
[0027]步驟八:在P型AlGaN電子阻擋層27生長結(jié)束后，生長一層p型GaN: Mg層28，生長溫度為950-1100°C，反應(yīng)腔壓力為200-500Torr，載氣流量為5_20升/分鐘，氨氣流量為200-800摩爾/分鐘，三甲基鎵流量為80-400微摩爾/分鐘，二茂鎂流量為為0.5-5微摩爾/分鐘，時間為10-50分鐘。
[0028]與傳統(tǒng)的氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)相比，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、生長方便，發(fā)光強(qiáng)度大，反向擊穿電壓高等特點(diǎn)。非常適用于制造發(fā)光效率高、反向擊穿電高的氮化鎵基LED外延片。
[0029]以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)，包括在襯底層上依次生長的GaN緩沖層、UGaN層、η型GaN: Si層、InGaN/GaN多量子阱層、P型AlGaN電子阻擋層和P型GaN = Mg層，其特征在于，在InGaN/GaN多量子阱層和P型AlGaN電子阻擋層之間插入一層厚度為5-100nm的低溫P型InAlGaN層。
【文檔編號】H01L33/44GK205452329SQ201620006056
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年1月4日
【發(fā)明人】馮雅清
【申請人】馮雅清