[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

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，屬于半導體發光器件技術領域。由(0001)面藍寶石襯底、低溫GaN緩沖層、氮極性GaN模板層、n?GaN電子注入層、多量子阱有源層、極化誘導p型摻雜空穴注入層組成，其中氮極性GaN模板層中有SiN_x掩膜層，極化誘導p型摻雜空穴注入層上設置有p電極，n?GaN電子注入層有一裸露臺面，在其上設置有n電極；本發明采用斜切的藍寶石襯底，提高外延片的晶體質量及表面平整度；氮極性GaN模板層中原位插入SiN_x掩膜，有效阻擋位錯同時降低非故意摻雜的濃度，提高內量子效率；采用Al組分線性增加的摻Mg的AlGaN制作形成為極化誘導p型摻雜空穴注入層，提高空穴的濃度，提高電注入效率。

技術領域

本發明屬于半導體發光器件技術領域，具體涉及一種帶有極化誘導p型摻雜層的氮極性藍紫光LED芯片及制備方法。

背景技術

GaN，AlN，InN及其合金化合物都是直接帶隙半導體，其禁帶寬度可以在0.7eV到6.2eV之內連續調節，對應的發光波長從紅外一直延伸到紫外波段，是制備LED的理想材料。但是目前為止，唯一適合作為p型摻雜劑的Mg其室溫下在GaN中的激活能高達200meV。這就導致室溫下Mg的激活效率不會超過1％，而過高的摻雜濃度又會引入其他問題，如表面退化，極性反轉等。因此p型GaN中的空穴濃度很難超過10¹⁸cm^-3。低的空穴濃度會引入高的串聯電阻，在大電流下工作還會導致Droop效應的產生。因此氮化物材料的p型摻雜成為了阻礙大功率高效率LED發展的瓶頸之一。

發明內容

本發明的目的就是為解決上述p型材料中Mg激活效率低問題，用氮極性(外延方向為軸方向)Al組分線性增加的摻Mg的AlGaN代替傳統摻Mg的GaN作為空穴注入層制備藍紫光LED。該器件結構利用了AlGaN薄膜中自發極化強度隨Al組分增加而增加的特性，在Al組分線性增加的AlGaN薄膜中形成負的空間極化電荷，利用極化電荷對空穴的吸引能力誘導Mg受主中的空穴發生電離。由此產生的空穴的濃度僅和薄膜內空間電荷的密度有關，不受熱激活能量的限制，從而實現提高Mg受主激活率，提升LED性能的目的。

本發明的技術方案是：

本發明所設計的一種帶有極化誘導p型摻雜層的氮極性藍紫光LED芯片(見附圖1和附圖說明)，其特征在于：其從下至上依次由高溫氮化處理、帶有斜切角的(0001)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上有p電極8，將部分表面蝕刻至裸露出n-GaN電子注入層5，其上面有n電極9.

如上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：所述的(0001)面藍寶石襯底1具有一定的斜切角(即藍寶石襯底1的生長面與藍寶石(0001)晶面具有一定的夾角)，斜切方向為偏[1010]軸方向，斜切角為0.2～4°。

如上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：芯片中除(0001)面藍寶石襯底1，p電極8，n電極9外，均采用MOCVD外延完成，外延過程中，外延生長方向為氮化物的方向，所述外延生長方向對應的晶面為面。

如上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：所述的SiN_x掩膜層4位于氮極性GaN模板層3當中，由氨氣和硅烷原位生成。

如上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：多量子阱有源層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，每個阱層的厚度為2～4nm，每個壘層的厚度為10～15nm，其中0.1≤x3≤0.2。