[發明專利]一種LED外延結構的制備方法

在審

• 申請號: 201710870742.3
• 申請日: 2017-09-23
• 公開（公告）號: CN107808910A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蘇州思創源博電子科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/04;H01L33/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及LED的制備方法，具體涉及一種LED外延結構的制備方法。

背景技術

發光二極管(Light-Emitting Diode，LED) 作為一種新型節能、環保固態照明光源，具有能效高、體積小、重量輕、響應速度快以及壽命長等優點，使其在很多領域得到了廣泛應用，如固體照明光源、大屏幕顯示、汽車尾燈、交通信號燈等。

如今，Ⅲ-Ⅴ族半導體材料蓬勃發展，已經在很多領域進入到人們的生活當中，其中GaN作為制備高效LED的重要材料，更是吸引了很多人的眼球。與傳統材料相比，GaN作為第三代半導體材料的代表，具有優良的物理、化學性質，例如：禁帶寬度較寬，熱穩定性好，電子遷移率很高，并且還是一種直接帶隙半導體材料。

目前，產業化的 GaN基LED外延層多為二維的多層膜結構，雖然制備過程簡單、成本低，但多層膜結構有許多先天不足，比如GaN與襯底之間存在較大的晶格失配，產生位錯，形成非輻射復合中心，降低了內量子效率；存在較強的壓電極化現象，產生量子限制斯塔克效應，使載流子復合幾率減小；由于多層膜之間存在全反射現象，降低了光提取效率等等，因此二維多層膜結構難以滿足市場對大功率高亮度LED的需求，而能克服以上不足的三維LED外延結構逐漸成為科研人員研究的焦點。目前最常用的合成三維GaN基LED外延結構的方法，是用諸如MOCVD、HVPE以及MBE等傳統半導體合成方法直接在襯底上生長三維GaN微納米陣列，但這些方法存在諸多弊端，例如很難完全避免催化劑的污染，導致雜質缺陷的產生，影響LED的發光性能。

此外，目前GaN基光LED的存在內量子效率低的問題，主要原因有InGaN量子阱晶體質量差、極化效應造成的電子‐空穴波函數分離嚴重等。世界各國科學家為了提高LED的量子效率投入了大量精力。

發明內容

本發明提供一種LED外延結構的制備方法，該方法本發明采用特殊工藝清洗的硅襯底，該硅襯底具有容易去除、抗輻射、熱導率高、耐高溫、化學性質較穩定、強度較高等優點，具有很高的可靠性，基于硅襯底的氮化鎵納米柱LED可廣泛應用于高溫器件；本發明方法形成的外延結構包括襯底，依次層疊形成在所述襯底的緩沖層、N型GaN層、In_aGa_1-aN/GaN電流擴展層、In_bGa_1-bN/In_cGa_1-cN發光層、InGaN/GaN多量子阱和P型GaN層，具有更大的發光面積，能有效避免效率驟降的問題，且能減少全反射損失；本發明多層極化誘導摻雜銦鎵氮材料能夠利用其極化效應來形成一個內建電場，在外延片內的異質界面上由大的極化差誘導產生高濃度的二維空穴氣，由于二維空穴氣具有高的空穴濃度和高的遷移率，可以提高空穴在N型氮化鎵層的橫向運動，從而提高載流子的注入效率，同時也在一定程度上可以防止電子的泄漏，進而提高LED的發光效率和內量子效率；本發明采用漸變In組分的pInGaN導電層可以避免異質結界面勢壘對空穴的阻擋作用，同時降低歐姆接觸勢壘高度，減小電壓，進一步提高LED器件的光電轉換效率。

為了實現上述目的，本發明提供一種LED外延結構的制備方法，該制備方法包括如下步驟：

（1）準備襯底

將硅襯底放入體積比為1:15的氫氟酸和去離子水混合溶液中超聲3-5分鐘，去除硅襯底表面氧化物和粘污顆粒，再放入去離子水中超聲3-5分鐘，去除表面雜質，用干燥氮氣吹干；

（2）從襯底上生成緩沖層

采用金屬有機化合物化學氣相沉積法，在540-560℃，保持反應腔壓力350mbar-450mbar，通入流量為10000sccm-16000sccm的NH₃、60sccm-80sccm的TMGa、140L/min-160L/min的H₂、在襯底上生長厚度為20nm-30nm的緩沖層GaN；

（3）在所述緩沖層上依次生成N型GaN層、In_aGa_1-aN/GaN電流擴展層、In_bGa_1-bN/In_cGa_1-cN發光層、InGaN/GaN多量子阱和漸變In組分p型InGaN導電層，其中，所述漸變In組分p型InGaN導電層的In原子百分比沿著生長方向由12％漸變降低到0.5%。