[發明專利]復合P型GaN層的LED外延結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201611192243.5
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106784184A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 劉為剛;曾瑩
• 申請（專利權）人: 湘能華磊光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/32
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙)43214
• 代理人: 鄭雋,周曉艷

技術領域

本發明涉及半導體照明技術領域，特別地，涉及一種復合P型GaN層的LED外延結構及其制備方法。

背景技術

GaN發光二極管(LED)作為一種高效、環保和綠色新型固態照明光源，具有體積小、重量輕、壽命長、可靠性高及使用功耗低等特性被廣泛應用于戶外顯示屏、車燈、交通信號燈、景觀照明、背光源等領域。

制作GaN器件均涉及到摻雜問題，GaN摻Si可以很容易實現n型，電子濃度達到10¹⁵～10²⁰cm³，室溫遷移率超過300cm²/V·s。但P型摻Mg會在生產過程中出現很多問題，空穴濃度只有10¹⁷～10¹⁸cm³，遷移率不到10cm²/V·s，摻雜效率只有0.1％～1％，不能很好滿足器件要求。一般認為阻礙GaN器件發展的主要因素：一是H原子對Mg的鈍化作用，二是Mg自身較高的離化能，三是高背景施主濃度的自補償效應。H原子對Mg的鈍化作用曾經是制約P型GaN摻雜的技術難題，快速熱退火激活P型GAN層技術成功突破了該技術難題。

所以，用MOCVD技術生長的P型GaN時，一方面降低受主Mg原子具有很高的受主激活能，另一方面高摻Mg時，降低P型GaN存在本征施主自補償效應。成為如何提高P型GAN層GaN結構的空穴濃度，是提高LED器件發光效率的關鍵，也是目前研究GaN基LED芯片又一個重要的課題。

發明內容

本發明目的在于提供一種復合P型GaN層的LED外延結構及其制備方法，以解決P型GAN層GaN結構的空穴濃度不高的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種復合P型GaN層的LED外延結構的制備方法，依次包括處理襯底、生長緩沖層、生長u型GaN層、生長n型GaN層、生長MQW有源層、生長電子阻擋層、生長P型GaN層步驟，其中，生長P型GaN層步驟具體包括以下步驟：

B1、反應室壓力為400-700mbar，溫度為1000-1070℃，N₂氣氛下，在電子阻擋層上生長低Mg摻雜濃度的第一P型GaN層，

B2、反應室壓力不變，溫度為1070-1140℃，H₂和N₂混合氣氛下，在步驟B1所得的第一P型GaN層上，生長Mg和Si共摻雜的P型GaN作為第二P型GaN層，

B3、反應室壓力為200-400mbar，溫度和氣氛不變，在步驟B2所得的第二P型GaN層上，生長高Mg摻雜濃度的P型GaN作為第三P型GaN層。

優選的，生長電子阻擋層步驟具體包括以下步驟：

A1、生長溫度為860-920℃，在MQW有源層上生長摻Mg的P型AlGaN層，作為勢壘層；

A2、保持溫度不變，在P型AlGaN層上生長In型GaN層作為勢阱層；

步驟A1和A2周期性重復。

優選的，所述P型AlGaN/InGaN超晶格電子阻擋層Mg濃度高于所述第一P型GaN層中Mg的濃度，與所述第二P型GaN層中Mg的濃度相近。

優選的，所述第一P型GaN層中Mg的濃度小于所述第二P型GaN層中Mg的濃度；所述第二P型GaN層中Mg的濃度小于所述第三P型GaN層中Mg的濃度。

優選的，步驟B2中，受主Mg的摻雜濃度是2.5×10²⁰～5×10²⁰atoms/cm³，施主的Si摻雜濃度是1.5×10¹⁶～5×10¹⁶atoms/cm³。

優選的，步驟B1中，通入摩爾濃度為5.17×10⁷mol/min-5.17×10⁶mol/min的Cp₂Mg源作為Mg摻雜源；

步驟B2中，通入摩爾濃度為1.14×10⁵mol/min-1.97×10⁵mol/min的Cp₂Mg源作為Mg摻雜源，同時通入流量為0.01-0.15ml/min濃度為200ppm的SiH₄作為Si摻雜源；

步驟B3中，通入摩爾濃度為8.8×10⁶mol/min-1.29×10⁵mol/min的Cp₂Mg源作為Mg摻雜源。