[發明專利]紫外LED外延結構及其生長方法

有效

• 申請號: 201710704794.3
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107689405B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 郭麗彬;周長健;程斌;吳禮清
• 申請（專利權）人: 合肥彩虹藍光科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/04;H01L33/32
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 王華英

本發明提供一種紫外LED外延結構的生長方法，關鍵在于低溫P型氮化鎵和P型鋁氮化鎵在相同的溫度及氣氛生長條件的循環生長的工藝：具體是將低溫P型氮化鎵和P型鋁氮化鎵作為一個整體超晶格生長，生長周期5?20個，Mg的摻雜采取屋脊型漸變摻雜，即Mg的摻雜先漸變升高，到達峰值后，再漸變降低，呈對稱分布。通過該種超晶格生長，可以降低Mg的電離能，空穴濃度提高，空穴受到雜質散射作用減少，更多的空穴注入到發光區，從而提高了發光效率；該方法是提高效率紫外LED的有效方法，同時器件具有良好的發光效率，進而提高器件的光電性能。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，特別是涉及一種可以提高空穴濃度、增加空穴注入效率、提高電流擴展能力和紫外LED發光效率的外延結構的生長方法及通過該方法獲得的外延結構。

背景技術

基于三族氮化物(III-nitride)寬禁帶半導體材料的紫外發光二極管(Ultraviolet Light-Emitting Diode)，在殺菌消毒、聚合物固化、特種照明、光線療法及生化探測等領域具有廣闊的應用前景。

隨著LED的不斷發展，GaN基高亮度LED已經大規模商業化，并在景觀照明、背光應用及光通訊等領域顯示出強大的市場潛力。同時，白色LED固態照明發展如火如荼，正引發第三次照明革命。隨著可見光領域的逐漸成熟，人們逐漸將研究重點轉向波長較短的紫外光，紫外波段依據波長通常可以劃分為：長波紫外UVA(320-400nm)、中波紫外UVB(280-320nm)、短波紫外UVC(200-280nm)以及真空紫外VUV(10-200nm)。

傳統的P型結構使用Mg摻雜的AlGaN，表面較差且光電特性滿足不了市場需求，光輸出功率偏低，工作電壓偏高。特別是短波段的UV-LED，對晶體質量的要求較高，在鋁組分高摻雜下晶體質量會產生大量的線位錯和螺位錯，這些位錯會形成漏電通道和非輻射復合中心，會大幅降低器件的光電性能，因此P型結構的生長及摻雜就變得尤為重要，還是一個較難的挑戰。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種紫外LED外延結構的生長方法，用于解決現有技術中P型層的摻雜及注入效率低以及電流擴展的問題。

為實現上述目的，本發明采用以下方案：一種紫外LED外延結構的生長方法，所述外延結構的生長方法具體包括以下步驟：步驟一，提供一襯底；步驟二，將溫度調節至1000-1200℃之間，通入TMGa，生長高溫U-GaN層；步驟三，將溫度控制在1000-1200℃之間，生長N型GaN層；步驟四，將溫度調節在600-1000℃之間，生長多量子阱結構MQW；步驟五，將溫度調節在720-920℃之間，生長有源區多量子阱結構MQW；步驟六，將溫度控制在620-1200℃之間，生長周期為5-20個的低溫P型氮化鎵-鋁氮化鎵超晶格層，Mg的摻雜方式采取先漸變升高、到達峰值后再漸變降低的方式，且Mg漸變升高摻雜過程的時間和速率與Mg漸變降低摻雜過程的時間和速率對應相同；生長過程中，以氨氣、三乙基鎵和二茂鎂分別作為N源、Ga源和p型摻雜劑，且氨氣的流量為5-70L/min，三乙基鎵的流量為0.84×10^-4-8.6×10^-3mol/min，二茂鎂的流量為0.8×10^-4至9.76×10^-3mol/min；步驟七，將溫度控制在700-950℃之間，生長P型GaN層；步驟八，將溫度控制在850-1050℃之間，生長P型接觸層；步驟九，將反應室的溫度降至450-800℃之間，采用純氮氣氛圍進行退火處理2～20min，然后降至室溫，即得紫外LED外延結構。

于本發明的一實施方式中，以N₂作為載氣生長的低溫P型氮化鎵-鋁氮化鎵超晶格層，生長低溫P型氮化鎵-鋁氮化鎵超晶格層的厚度在10-120nm之間，生長時間控制在5-45min之間，生長壓力控制在100-600Torr之間，Ⅴ/Ⅲ摩爾控制比在200-6000之間。