[發(fā)明專利]一種氮化鎵基發(fā)光二極管及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410093932.5
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103824915A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆發(fā)旺;白俊春;汪英杰
• 申請（專利權(quán)）人: 華延芯光（北京）科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/22;H01L33/24
• 代理公司: 北京權(quán)泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11460
• 代理人: 任永利

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氮化鎵(GaN)是第三代直接能隙寬禁帶半導(dǎo)體，其禁帶寬℃為3.39eV。GaN基紫外、綠光或藍(lán)光發(fā)光二極管(LED)器件具有高亮度、低能耗、長壽命、響應(yīng)速℃快等優(yōu)點(diǎn)，在全色顯示、信號指示、景觀照明等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。特別是以GaN基藍(lán)光LED混合熒光粉后制作的白光LED研發(fā)進(jìn)展迅速，白光LED的發(fā)光波長只在可見光區(qū)，避免了白熾燈強(qiáng)烈的紅外輻射，可以大量節(jié)約能源。同時白光LED體積小、壽命長、安全、高效、不存在汞等有害物質(zhì)，被稱為新一代綠色環(huán)保型照明光源，使其有望取代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈，帶來人類照明光源的革命。

目前GaN基紫外、綠光或藍(lán)光發(fā)光二極管材料通常異質(zhì)外延生長在藍(lán)寶石襯底上。因?yàn)榈锖退{(lán)寶石襯底之間通常存在很大的晶格常數(shù)失配和熱膨脹系數(shù)差異，所以利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)外延技術(shù)生長的氮化物外延層中存在很多晶體缺陷如位錯等，材料的晶體質(zhì)量因此受到很大影響。特別的由于晶格不匹配導(dǎo)致應(yīng)力引起的極化效應(yīng)使得量子阱內(nèi)存在很大的電場，導(dǎo)致電子和空穴波函數(shù)空間上的分離，使輻射復(fù)合效率下降，發(fā)光效率和亮度低下。

為了提高發(fā)光二極管的亮度和發(fā)光效率，高反光層的生長插入層和高量子發(fā)光效率的發(fā)光區(qū)的生長設(shè)計(jì)是很重要的。內(nèi)建電場的減弱，量子限制作用的增強(qiáng)將使輻射復(fù)合幾率增加，發(fā)光效率大大提高。

因此，為了提高GaN基紫外、藍(lán)光或綠光二極管的亮度，提高發(fā)光效率，發(fā)展新的外延生長技術(shù)是十分必要的。

發(fā)明概述

本發(fā)明的目的是在于提供一種提高氮化鎵基發(fā)光二極管發(fā)光效率的外延生長方法。該方法通過在生長氮化銦鎵/氮化鎵多量子阱發(fā)光層前插入生長一層粗化不平的氮化鋁硅層來實(shí)現(xiàn)。該外延生長方法適用于高亮度、高發(fā)光效率的氮化基紫外或藍(lán)光或綠光發(fā)光二極管外延材料的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）外延生長。

本發(fā)明的第一方面提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管，其從下到上依次包括以下各層：

藍(lán)寶石襯底1；

氮化鎵層2，其作為緩沖層；

非摻雜氮化鎵層3；

n型導(dǎo)電氮化鎵層4；

表面粗化不平的氮化鋁硅層5；

氮化銦鎵/氮化鎵多量子阱層6；和

p型氮化鎵層7。

本發(fā)明的第二方面提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1：利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備，在藍(lán)寶石襯底1上依次外延生長氮化鎵層2、非摻雜氮化鎵層3和n型導(dǎo)電氮化鎵層4后，調(diào)整所述金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備到作為發(fā)光層的氮化銦鎵/氮化鎵多量子阱層的生長溫度;

步驟2：在生長氮化銦鎵/氮化鎵多量子阱層之前，將氨氣、三甲基鋁和硅烷持續(xù)通入所述金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備，以在所述n型導(dǎo)電氮化鎵層4上面自然生成表面粗化不平的氮化鋁硅層5；

步驟3：在該表面粗化不平的氮化鋁硅層5上再依次生長所述氮化銦鎵/氮化鎵多量子阱層6和p型氮化鎵層7，即成為所述氮化鎵基發(fā)光二極管。

附圖簡述

圖1是本發(fā)明的氮化鎵基發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。

發(fā)明詳述

為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)的描述。

本發(fā)明的第一方面中的氮化鎵基發(fā)光二極管，其從下到上依次包括以下各層：藍(lán)寶石襯底1；氮化鎵層，其作為緩沖層2；非摻雜氮化鎵層（3）；n型導(dǎo)電氮化鎵層4；表面粗化不平的氮化鋁硅層5；氮化銦鎵/氮化鎵多量子阱層6；和p型氮化鎵層7。

其中各層的名字是半導(dǎo)體領(lǐng)域中常用的技術(shù)術(shù)語，為技術(shù)人員所熟知。例如：所述n型導(dǎo)電氮化鎵層是指摻雜硅的氮化鎵層。所述氮化銦鎵/氮化鎵多量子阱層是指多個氮化銦鎵/氮化鎵單量子層的疊置，其中每一個氮化銦鎵/氮化鎵單量子層由兩層氮化鎵層夾著一層氮化銦鎵層組成，類似于三明治結(jié)構(gòu)，其中氮化銦鎵層作為量子阱層，氮化鎵層作為量子壘限制層。換句話說，一個氮化銦鎵/氮化鎵單量子層由氮化鎵層-氮化銦鎵層-氮化鎵層組成，而氮化銦鎵/氮化鎵多量子阱層是指氮化鎵層-氮化銦鎵層-氮化鎵層-氮化銦鎵層-氮化鎵層-……這樣的結(jié)構(gòu)。p型氮化鎵層是指摻雜鎂的氮化鎵層。

氮化鋁硅是同時將氨氣、三甲基鋁和硅烷同時通入反應(yīng)室得到的一種二元復(fù)合氮化物,是氮化硅和氮化鋁的多晶態(tài)復(fù)合物質(zhì),在成分上可以看作是摻雜了硅的氮化鋁,或者摻雜了鋁的氮化硅,其具體成分組成可通過X射線光電子能譜分析或X射線能量色散譜分析方法測試得到。