[發明專利]一種395nm短波長紫外LED結構的外延加工方法

有效

• 申請號: 201710615088.1
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107482092B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 徐峰;陳鵬;高峰;湯文景;張琳;華雪梅
• 申請（專利權）人: 南京大學揚州光電研究院
• 主分類號: H01L33/04
• 分類號: H01L33/04;H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

一種395nm短波長紫外LED結構的外延加工方法，屬于半導體技術領域，在襯底上以依次外延生長緩沖層、GaN層、InGaN插入層、AlInGaN超晶格模板層和InGaN/AlInGaN多量子阱結構層。其中AlInGaN超晶格模板層由生長20層的短周期InGaN/AlGaN超晶格結構層形成；在生長所述InGaN/Al_xIn_yGa_1?x?yN多量子阱結構層時，先在AlInGaN超晶格模板層上生長一層Al_xIn_yGa_1?x?yN超晶格勢壘層，然后再在Al_xIn_yGa_1?x?yN超晶格勢壘層上生長一層InGaN勢阱層，如此交替地生長Al_xIn_yGa_1?x?yN超晶格勢壘層和InGaN勢阱層，直至最后生長Al_xIn_yGa_1?x?yN超晶格勢壘層。本發明提升LED量子阱結構內量子效率達到3倍以上。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及氮化鎵（GaN）基三族氮化物薄膜材料及LED多量子阱結構的外延工藝。

背景技術

近年來，發光二極管LED器件在照明領域已獲得了廣泛的應用，但GaN基氮化物材料體系的極化效應以及LED有源層多量子阱結構的高質量制備仍制約著LED器件的內量子效率。

已有研究表明：相比傳統的InGaN/GaN多量子阱結構，采用四元合金Al_xIn_yGa_1-x-yN替代GaN作為量子阱的勢壘層材料能有效提升LED器件的光電性能。四元合金AlInGaN材料具有以下優點：1.改變Al、In的組分可對AlInGaN材料的晶格常數進行獨立調節，實現其與量子阱勢阱層材料的晶格匹配，顯著降低量子阱結構的極化效應；2.AlInGaN材料較大的帶隙補償值E_g能夠增強載流子限制效應，進而有效解決短波長量子阱的載流子泄露問題；3.AlInGaN材料作為熱保護覆蓋層可有效減少金屬有機物化學氣相淀積高溫生長過程中的熱損傷，抑制非輻射復合中心的生成，提高量子阱的輻射復合發光效率；4.組分均勻的AlInGaN材料通過應變工程設計，能夠控制多量子阱結構的應變狀況，調節量子阱的發光范圍并抑制能帶結構中帶尾態的產生。

雖然AlInGaN材料具有以上諸多優點，但傳統AlInGaN薄膜材料的MOCVD共摻成膜的制備方法制約了其作為量子阱結構勢壘層材料的運用，具體體現在：

1、與Al、Ga原子巨大的尺寸差異使In原子易偏析形成隨機分布的金屬團簇，導致了相分離和旋節線分解等生長問題。另外，需低溫生長以減小In-N 鍵的熱分解，而Al原子則需要較高的生長溫度以增強遷移能力。因此，AlInGaN材料MOCVD共摻成膜工藝的生長溫度的窗口相對狹窄，難以有效提高In原子的摻入效率并避免相分離現象。

2、AlInGaN材料的空間組分（應變）波動和組分牽引效應會隨著材料厚度增加變得顯著，導致材料表面形貌惡化形成六角坑V型缺陷。3、AlInGaN與InGaN的異質結構界面的外延質量難以控制，生長條件的巨大差異導致的組分偏離和界面退化，從而降低量子阱的內量子效率。

發明內容

針對395nm短波長紫外LED量子阱結構的MOCVD生長技術難題，本發明提出395nm短波長紫外LED結構的外延加工方法。

本發明利用金屬有機物化學氣相沉積法，在襯底上依次生長緩沖層、GaN層、InGaN插入層、AlInGaN超晶格模板層和InGaN/AlInGaN多量子阱結構層。