[發明專利]一種提高氮化鎵基電流擴展的外延結構及其生長方法

有效

• 申請號: 201310340263.2
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN103400914A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 郭麗彬;蔣利民;李剛
• 申請（專利權）人: 合肥彩虹藍光科技有限公司
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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技術領域

本發明屬于Ⅲ族氮化物材料制備技術領域，特別涉及一種提高電流擴展的氮化鎵基外延結構及其生長方法。

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背景技術

發光二極管（LED，Light?Emitting?Diode）是一種半導體固體發光器件，其利用半導體PN結作為發光材料，可以直接將電轉換為光。GaN基藍光LED作為一個電注入發光器件，電流擴展分布對于整個器件的特性作用很重要，會影響到器件有源區發光的均勻性，可靠性，散熱等特性。

要實現電流均勻擴展，應當使得電流經過不同的路徑的阻值大小越接近越好。目前，對此主要的兩種解決方法為：一是提高n型GaN層的電導率，以減少電流橫向流動的電阻。Eliashevich等報道了n型摻雜濃度對電流擴展有顯著影響。但是，隨著n型摻雜濃度提高，晶體質量下降，載流子散射嚴重，電導率下降，所以不能通過提高n型摻雜濃度的辦法解決電流擁擠問題。另外，一個解決方法是優化電極的幾何形狀，改變電流的通道路徑，減小橫向電阻。

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發明內容

本發明針對上述技術問題，提供一種提高氮化鎵基電流擴展的外延結構及其生長方法，該外延結構及其生長方法，能夠有效使得電流均勻擴展，提高外延層晶體質量，提高器件性能。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

???一種提高氮化鎵基電流擴展的外延結構，該外延結構從下向上的順序依次為：襯底、低溫GaN緩沖層、GaN非摻雜層、n型GaN層n1層、n型AlGaN層、n型GaN層n2層、n型GaN層LN層、多量子阱結構MQW、多量子阱有源層、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫P型GaN層和P型接觸層。

????所述n型GaN層LN層包括三層：n型GaN層nGaN3-1層、n型AlGaN層和n型GaN層nGaN3-2層。

?????所述的n型GaN層LN層的生長步驟如下：

???（1）先生長n型GaN層nGaN3-1層，生長時間在0-8min，生長溫度在1000-1200℃之間，壓力在100-500Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為100-2500；

???（2）接著生長n型AlGaN層，生長時間在1-10min，生長溫度在990-1200℃之間，壓力在100-500Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為10-800；

???（3）最后再生長n型GaN層nGaN3-2層，生長時間在0-8min，生長溫度在1000-1200℃之間，壓力在100-500Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為100-2500。

本發明的優點在于，本發明所提供的有效增強電流擴展的氮化鎵基外延結構及其生長方法，通過在LN層插入n型AlGaN層，該工藝可以增強n型GaN橫向電流分布，特別是在LED尺寸及電流密度加大后，可以改善橫向電流擴展分布不均勻的問題，提高電流擴展效應。同時，改善了LED器件的漏電，提高Vz，提高了晶體質量，增強了器件的可靠性。

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附圖說明

圖1是本發明所提供的LED外延結構示意圖。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

如圖1所示，本發明所提供的提高氮化鎵基電流擴展的外延結構，從下向上的順序依次包括：襯底1、低溫GaN緩沖層2、GaN非摻雜層3、n型GaN層n1層4、n型AlGaN層5、n型GaN層n2層6、n型GaN層LN層7、多量子阱結構MQW?8、多量子阱有源層9、低溫P型GaN層10、P型AlGaN層11、高溫P型GaN層12、P型接觸層13。

????本發明所提供的上述有效增強電流擴展的氮化鎵基外延結構的生長方法，包括以下具體步驟：

步驟一，將襯底1在1000-1200℃氫氣氣氛里進行高溫清潔處理5-20min，然后進行氮化處理，襯底1是適合GaN基半導體外延材料生長的材料，如藍寶石、GaN和碳化硅（SiC）單晶；

步驟二，將溫度下降到500-650℃之間，生長厚度為20-30nm的低溫GaN緩沖層2，生長壓力控制在300-760Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為10-1200；