[發明專利]一種提升氮化鎵基LED發光二極管抗靜電能力的外延片及生長方法

在審

• 申請號: 201811022390.7
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109103310A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 溫榮吉;蘆玲;祝光輝;陳明
• 申請（專利權）人: 淮安澳洋順昌光電技術有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

一種提升氮化鎵基LED發光二極管抗靜電能力的外延片及生長方法，該外延片結構從下向上依次為藍寶石圖形化AlN襯底、未摻雜的低溫氮化鎵緩沖層、未摻雜的高溫氮化鎵層、摻SiH₄的N型氮化鎵導電層、有源發光層、低溫摻Mg的P型氮化鋁鎵電子阻擋層、摻Mg的P型氮化鎵導電層和摻Mg的P型接觸層。本發明提出了量子壘層采用調制摻雜的GaN/AlGaN超晶格結構，這種結構能夠有效的引導沖擊電流，使脈沖電流在GaN/AlGaN結構的二維電子氣中，在橫向方向上傳導，使得脈沖電流的密度分布更加均勻，從而使LED芯片被擊穿的可能性得到很大的降低，為有效提升氮化鎵基發光二極管的抗靜電能力提供了一種外延片生長方法。

技術領域

本發明屬于氮化鎵基LED外延片設計應用技術領域，涉及一種提升氮化鎵基LED發光二極管抗靜電能力的外延片及生長方法。

背景技術

氮化鎵(GaN)是寬禁帶材料，電阻率高，GaN基LED芯片在生產、運送過程中產生的靜電電荷不易消失，累積到一定程度可以產生很高的靜電電壓。藍寶石襯底的LED芯片正負電極位于芯片同一側，間距很小，因此對靜電的承受能力很小，極易被靜電擊穿失效，影響器件的壽命。

目前傳統的GaN基LED外延生長結構過程為：500℃先在藍寶石襯底上生長一層低溫GaN緩沖層；然后接著在1100℃下生長一層未摻雜的高溫GaN；再接著高溫生長一層摻雜SiH4的n型GaN層,這一層提供復合發光的電子；然后接著在750～850℃下生長幾個周期的GaN/InGaN的量子阱和量子壘作為LED的發光層，該層是GaN基LED外延的核心部分；然后在950℃左右生長摻雜Mg的P型AlGaN層，起到阻擋電子的作用；最后在1000℃左右生長一層摻雜Mg的P型GaN層，這一層提供復合發光的空穴；最后是退火過程。

目前LED外延生長過程中，有源層多采用幾個周期結構GaN/InGaN量子阱壘區，電子和空穴在能帶較窄的阱層InGaN材料中復合發光。由于兩種材料的晶格常數不同容易產生極化效應，引起位錯缺陷，如果這種缺陷得不到有效控制，穿過GaN/InGaN量子阱壘區的線位錯會導致大量表面缺陷，形成漏電通道，進而影響芯片承受抗靜電的能力。所以有效改善有源發光層的結晶質量對提升LED芯片的抗靜電能力非常重要。

發明內容

本發明的目的在于，針對上述傳統氮化鎵基LED外延片的研制過程中所面臨的技術難題，對發光層量子壘結構進行了優化設計，將壘層設計為調制摻雜的GaN/AlGaN超晶格結構，當LED芯片遭受靜電沖擊時，這種結構能夠有效的引導沖擊電流，使脈沖電流在GaN/AlGaN結構的二維電子氣中，在橫向方向上傳導，使得脈沖電流的密度分布更加均勻，從而使LED芯片被擊穿的可能性得到很大的降低，進而有效的提升LED芯片的抗靜電能力。本發明提出的一種提升氮化鎵基LED發光二極管抗靜電能力的外延片及生長方法，其中外延層的結構如圖1所示，包括：藍寶石圖形化AlN襯底；未摻雜的低溫氮化鎵緩沖層；未摻雜的高溫氮化鎵層；摻SiH4的N型氮化鎵導電層；有源發光層為周期性結構的InGaN/GaN量子阱壘區，其中量子壘層采用調制摻雜的GaN/AlGaN超晶格結構；低溫摻Mg的P型氮化鋁鎵電子阻擋層；摻Mg的P型氮化鎵導電層；摻Mg的P型接觸層。

本發明的技術方案：

一種提升氮化鎵基LED發光二極管抗靜電能力的外延片，該外延片結構從下向上的順序依次為藍寶石圖形化AlN襯底；未摻雜的低溫氮化鎵緩沖層；未摻雜的高溫氮化鎵層；摻SiH₄的N型氮化鎵導電層；有源發光層為周期性結構的InGaN/GaN量子阱壘區，其中量子壘層采用調制摻雜的GaN/AlGaN超晶格結構；低溫摻Mg的P型氮化鋁鎵電子阻擋層；摻Mg的P型氮化鎵導電層；摻Mg的P型接觸層；