[發明專利]一種發光二極管的外延生產方法

無效

• 申請號: 201110365009.9
• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN102364706A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發明（設計）人: 李志聰;李鴻漸;李盼盼;李璟;王國宏
• 申請（專利權）人: 揚州中科半導體照明有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明屬于半導體生產技術領域，特別是指氮化鎵基發光二極管的外延結構設計及其生長方法。

背景技術

當前基于氮化鎵基發光二極管（LED）的半導體照明技術正在向社會生活的各個方面滲透，如景觀照明，特種照明，以及液晶背光源照明等。但是由于三族氮化物固有的缺陷多，位錯密度大，材料質量差等問題，造成了基于三族氮化物的半導體照明器件抗靜電能力差，且傳統正裝結構LED器件電流擴展能力差，這兩方面極大的限制了其進一步進入高端應用市場。

比如在封裝時加入齊納二極管，操作時帶靜電環等，以及在材料結構中加入各種插入層，或者插入p型AlGaN并優化其生長條件等等。這些技術在一定程度上改善了GaN基LED的抗靜電性能，但是仍然存在以下弊端：

1、工藝復雜，增加了LED的制作成本；

2、無法同時兼顧效率的提升與抗靜電能力的同時改善，通常是改善效率以犧牲抗靜電能力為代價，或者相反，無法實現真正的產業化應用；

3、插入層工藝會導致生長時間增加，降低了設備的產能。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種能同時改善GaN基LED抗靜電能力與發光效率的發光二極管的外延生產方法。

本發明包括在襯底上采用金屬有機化合物物理氣相外延法生長低溫氮化鎵成核層；然后在低溫氮化鎵成核層上生長非故意摻雜氮化鎵層；再在非故意摻雜氮化鎵層上生長N型摻雜的氮化鎵層；生長氮化鋁鎵銦多量子阱發光層；生長P型摻雜的氮化鎵層；其特征在于在生長氮化鋁鎵銦多量子阱發光層之前，在N型摻雜的氮化鎵層上由生長N型摻雜的氮化鎵與非摻雜氮化鎵交替的至少兩個周期層組成的結構層。

本發明通過在nGaN與發光層之間插入調制摻雜的nGaN/uGaN周期性結構來解決GaN基LED內部電容小和電流擴展能力差的問題，達到增大LED的內部電容，改善GaN基LED電流擴展能力，從而提高GaN基LED抗靜電能力，且能降低工作電壓，提高發光效率，工藝簡單，不額外增加生長時間，增大了產能。

本發明所述襯底為藍寶石、碳化硅、硅、砷化鎵、氧化鋅或鋁酸鋰。

本發明所述襯底為平面襯底，或者表面上制作出規則或者不規則形狀的的圖形襯底，所述圖形襯底的底部尺寸為0.1～10um，圖形間距為0.1～5um，圖形高度為0.1～5um。

本發明在襯底上生長所述低溫氮化鎵成核層的生長溫度為500～600℃，生長壓力為10000～90000Pa，生長厚度為0.01～0.1μm。

本發明生長非故意摻雜氮化鎵層的生長溫度為900～1200℃，生長壓力為10000～60000Pa,生長厚度為1～5μm。

本發明生長N型摻雜的氮化鎵層的生長溫度為1000～1100℃，生長壓力為10000～60000Pa，生長厚度為1～5μm，其N型摻雜元素為Si或其它能在GaN中作為N型雜質的元素。

本發明生長N型GaN與非摻雜GaN交替的周期層的生長溫度為900～1100℃，生長壓力為10000～60000Pa，其中n型摻雜氮化鎵與非摻雜GaN的厚度分別是10～500nm和10～500nm，周期性結構的周期數是1～50，其N型摻雜元素為Si或其它能在GaN中作為N型雜質的元素，摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3-5×10¹⁹cm^-3。

本發明生長氮化鋁鎵銦多量子阱發光層的生長溫度為650～900℃，生長壓力為20000～60000Pa，多量子阱Al_xIn_yGa_1-x-yN的勢壘厚度為0.005～0.05um，Ga_1-xIn_xN量子阱厚度為0.001～0.01um，其中多量子阱的對數為1～30對。

本發明生長P型摻雜的氮化鎵層的生長溫度為800～1100℃，壓力為10000～60000Pa，生長厚度為0.1～1μm。

附圖說明

圖1?采用nGaN/uGaN調制摻雜層LED結構的SIMS測試結果圖。

圖2?采用nGaN/uGaN調制摻雜層的LED結構示意圖。

圖3?采用nGaN/uGaN調制摻雜層的LED與參考LED的ESD測試結果圖。

圖4?采用nGaN/uGaN調制摻雜結構的LED與常規LED的I-V曲線。

具體實施方式

一、發光二極管的外延加工步驟原則：