[發(fā)明專利]一種GaN基發(fā)光二極管外延片及其生長方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910188007.X
• 申請(qǐng)日: 2009-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN102044598A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘆玲;郭文平;楊天鵬;陳向東;肖志國
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連美明外延片科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種LED外延片及其外延生長方法，尤其是一種GaN基發(fā)光二極管外延片及其生長方法。

技術(shù)背景

目前藍(lán)綠光發(fā)光二極管的主流是在藍(lán)寶石或碳化硅襯底上生長GaN材料，其中絕大部分采用藍(lán)寶石作為襯底。由于藍(lán)寶石襯底與GaN材料之間較大的晶格失配與熱失配，導(dǎo)致GaN外延層內(nèi)產(chǎn)生高密度的缺陷，例如穿透位錯(cuò)。實(shí)驗(yàn)證明這些缺陷是III族氮化物基發(fā)光二極管中反向漏電電流產(chǎn)生的一個(gè)重要途徑。

通常的做法是在藍(lán)寶石上先生長一層薄的低溫緩沖層(成核層，Nucleation?layer)，后來人們又在此基礎(chǔ)上優(yōu)化出高溫緩沖層。借助緩沖層技術(shù)，人們能夠生長出低位錯(cuò)密度的n型GaN層(有的其中包括非摻雜的GaN層)作為電子注入源。對(duì)于發(fā)光區(qū)，人們主要采用應(yīng)變的InGaN/GaN多量子阱(MQW)。在多量子阱之后生長p型GaN層，主要是摻雜Mg。發(fā)表于《光電器件》Vol.28.No4，名稱為《功率型GaN基LED靜電保護(hù)方法研究》一文中提出采用AlGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)，形成二維電子氣，迅速擴(kuò)展電流脈沖，從而提升其抗靜電損傷能力，提高器件的耐靜電強(qiáng)度。專利《一種提高氮化鎵基LED芯片抗靜電能力的外延生長方法》(申請(qǐng)?zhí)?00710051864.6)中提到在生長多量子阱后生長P型AlGaN和P型GaN，其特點(diǎn)是在P型AlGaN和P型GaN之間形成細(xì)小均勻分布的游離金屬滴，形成電流釋放通道來提高外延片抗靜電能力；但是上述這兩種方式生長相對(duì)較復(fù)雜，難度較高，且在生長過程中含有Al組分，對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)來講生長后很難通過高溫烘烤去除Al這種物質(zhì)，對(duì)于長期穩(wěn)定生產(chǎn)是一種不穩(wěn)定因素。本發(fā)明在GaN基LED外延層基礎(chǔ)上，通過一種新型的不含Al，且相對(duì)簡單易控的p-GaN外延層生長方法，實(shí)現(xiàn)防高靜電的GaN基LED芯片外延片生長。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述缺陷，本發(fā)明提供一種GaN基發(fā)光二極管外延片及其生長方法，適用于金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)在襯底上外延生長發(fā)光二極管，提高其P型GaN層的電流擴(kuò)散，提高發(fā)光二極管對(duì)靜電的耐受能力，從而延長發(fā)光二極管的使用壽命。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種GaN基發(fā)光二極管外延片，其結(jié)構(gòu)從下至上依次包括：襯底，低溫緩沖層，非摻雜GaN層，n型GaN層，多量子阱層，p型GaN層和電極接觸層；其中，p型GaN層包括第一p型GaN層和第二p型GaN層，所述的第一p型氮化鎵層的生長溫度為700～850℃，厚度為30～60nm，所述的第二p型氮化鎵層的生長溫度為950～1100℃，厚度為150～300nm。

所述GaN基發(fā)光二極管外延片的生長方法為：采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法，其具體步驟為：在1100℃～1200℃下，H₂的氣氛中高溫凈化藍(lán)寶石襯底3～10分鐘；降溫至530～570℃，反應(yīng)室壓力在300mbar～700mbar，生長20～50nm厚度的低溫GaN緩沖層；升溫至1170℃～1190℃，生長壓力在100mbar～700mbar生長1.3～1.8μm厚度的非摻雜GaN層；將溫度調(diào)節(jié)至1160℃～1190℃，生長壓力在100mbar～700mbar生長1.5～2μm厚度的n型GaN層；將溫度調(diào)節(jié)至700～800℃，生長壓力在100mbar～500mbar生長5個(gè)周期的InGaN/GaN的多量子阱層，其中InGaN量子阱厚度在1nm～3nm之間，GaN壘厚度在10nm～20nm之間，量子阱數(shù)目在2～15個(gè)之間；將溫度調(diào)節(jié)至700～850℃之間，生長壓力在50mbar～500mbar之間生長第一p型GaN層，其厚度在30nm～60nm之間；將溫度調(diào)節(jié)至950℃～1100℃之間，生長壓力在50mbar～600mbar之間生長第二p型GaN層，其厚度在150nm～300nm之間，然后將溫度調(diào)節(jié)至950℃，生長壓力在50mbar，生長厚度在10nm～30nm的高摻雜p型氮化鎵電極接觸層。最后降溫至室溫，生長結(jié)束。

其中所述的第一p型氮化鎵層的優(yōu)選生長溫度為780～800℃，優(yōu)選的厚度為30～50nm。