[發(fā)明專利]一種氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610003586.6
• 申請(qǐng)日: 2016-01-04
• 公開（公告）號(hào): CN105489720A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮雅清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 馮雅清
• 主分類號(hào): H01L33/06
• 分類號(hào): H01L33/06;H01L33/14;H01L33/30;H01L33/44
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 唐燕潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氮化物半導(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)

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。

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(duì)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)光效率盡管己遠(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(jià)值和顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

目前，氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)主要是采用M℃VD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。

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℃以上生長，而活性發(fā)光層InGaN/GaN多量子阱的生長溫度為 700℃至850℃，因此當(dāng)活性發(fā)光層生長結(jié)束后溫度升高到1000℃以上時(shí)， 會(huì)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(duì)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。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)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。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

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。

其中，所述低溫p型InAlGaN層中銦鋁合計(jì)組份含量不超過50％。

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10¹⁹-10²¹cm^-3。

其中，所述低溫p型InAlGaN層的生長方法為：

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℃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(shí)間為1-10分鐘。

本發(fā)明的有益效果為：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℃，不 會(huì)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

圖1為傳統(tǒng)的氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中的氮化鎵基LED外延結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。