[發明專利]一種帶有極化誘導p型摻雜層的氮極性藍紫光LED芯片及制備方法

有效

• 申請號: 201711092025.9
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107978661B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 張源濤;閆龍;鄧高強;韓煦;李鵬翀
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/14;H01L33/20;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 22201 長春吉大專利代理有限責任公司
• 代理人: 劉世純;王恩遠

1.一種帶有極化誘導p型摻雜層的氮極性藍紫光LED芯片，其從下至上依次由具有一定的斜切角，斜切方向為偏軸方向，斜切角為0.2～4°的c面藍寶石襯底(1)、低溫GaN緩沖層(2)、氮極性GaN模板層(3)、n-GaN電子注入層(5)、多量子阱有源層(6)、極化誘導p型摻雜空穴注入層(7)組成；其中氮極性GaN模板層(3)中有SiN_x掩膜層(4)；極化誘導p型摻雜空穴注入層(7)上設置有p電極(8)；n-GaN電子注入層(5)有一裸露臺面，在其上設置有n電極(9)；其特征在于：InGaN基量子阱有源區(6)由阱層In_x3Ga_1-x3N和壘層GaN交替生長組成，對數在2～5對之間，其中0.1≤x3≤0.2；并且該芯片的制備步驟如下：

(A)將帶有斜切角的(0001)面藍寶石襯底(1)在氨氣和氮氣的混合氣氛下進行原位的高溫氮化處理，之后采用MOCVD方法的藍寶石襯底上依次外延生長低溫GaN緩沖層(2)、氮極性GaN模板層(3)、SiN_x掩膜層(4)、氮極性GaN模板層(3)、n-GaN電子注入層(5)、多量子阱有源層(6)、極化誘導p型摻雜空穴注入層(7)，從而制備得到氮極性藍紫光LED結構；氨氣和氮氣的體積比為1:2～1:3，氮化溫度為1020～1080℃，氮化處理的時間120～240s；

(B)在極化誘導p型摻雜空穴注入層(7)上表面一側的區域用ICP方法刻蝕至n-GaN電子注入層(5)，得到裸露的n-GaN臺面；在未刻蝕的極化誘導p型摻雜空穴注入層(7)上制備p電極(8)，在裸露的n-GaN臺面上制備n電極(9)；從而制備得到帶有極化誘導p型摻雜層的氮極性藍紫光LED芯片；

其中，低溫GaN緩沖層(2)的生長溫度為520～560℃，生長源為氨氣和三乙基鎵；氮極性GaN模板層(3)的生長溫度為1050～1100℃，生長源為氨氣和三甲基鎵；SiN_x掩膜層(4)的生長溫度為1020～1080℃，生長時間30～120s，生長源為氨氣和硅烷，為多孔結構；n-GaN電子注入層(5)的生長溫度為1020～1050℃，生長源為氨氣和三甲基鎵，摻雜源為硅烷，摻雜濃度為10¹⁸～10¹⁹/cm³；多量子阱有源層(6)阱層In_x3Ga_1-x3N的生長源為氨氣、三甲基銦和三乙基鎵，壘層GaN的生長源為氨氣和三甲基鎵；極化誘導p型摻雜空穴注入層(7)由摻Mg的AlGaN材料構成，其中Al的組分沿外延生長方向逐漸升高，即從Al_x1Ga_1－x1N到Al_x2Ga_1－x2N逐漸過渡，其中0≤x1<x2≤0.3；生長過程中通過線性的減少Ga源的流量同時線性增加Al源的流量實現Al組分的線性變化，生長溫度980～1020℃，厚度50～100nm，生長源為氨氣、三甲基鎵和三甲基鋁，摻雜源為二茂鎂，摻雜濃度為10¹⁹～10²⁰/cm³。

2.如權利要求1所述的一種帶有極化誘導p型摻雜層的氮極性藍紫光LED芯片，其特征在于：低溫GaN緩沖層(2)的厚度為10～30nm，氮極性GaN模板層(3)的厚度為2～3μm，SiN_x掩膜層(4)位于氮極性GaN模板(3)當中，其距離藍寶石襯底(1)為100～500nm，n-GaN電子注入層(5)的厚度為0.5～1μm，InGaN基多量子阱有源區(6)中每個阱層In_x3Ga_1-x3N的厚度為2～4nm、每個壘層GaN的厚度為10～15nm，極化誘導p型摻雜空穴注入層(7)的厚度為50～100nm，p電極層(8)的厚度為10～30nm，n電極層(9)的厚度為60～100nm。

3.如權利要求1所述的一種帶有極化誘導p型摻雜層的氮極性藍紫光LED芯片，其特征在于：p電極材料為Au、Pt、Ni-Au、Ni-Pt、Ti-Pt-Au或Ni-Pt-Au，n電極材料為Ti-Al、Ti-Al-Au或Ti-Al-Ni-Au，p電極和n電極采用熱蒸鍍、電子束蒸鍍或磁控濺射方法制備。