[發明專利]基于h-BN的V型隧穿結LED外延結構及其制備方法

有效

• 申請號: 202011482167.8
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112599648B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 潘巍巍;謝自力;黃愉;王勇;陳敦軍
• 申請（專利權）人: 南京集芯光電技術研究院有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/24;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 江蘇斐多律師事務所 32332
• 代理人: 張佳妮

本發明提供一種基于h?BN的V型隧穿結LED外延結構，其特征在于：自下而上依次包括：襯底、AlN成核層、h?BN層、n型AlGaN層、AlGaN量子阱層，其中在AlGaN量子阱層形成V型坑，p型h?BN層核InGaN/graded?AlGaN隧穿結依次生長在V型坑側壁及AlGaN量子阱層的水平部分上，重摻n型AlGaN填充V型坑內并在外延結構表面形成一層重摻n型AlGaN層。并公開了其制備方法。本發明在基于h?BN模板上實現隧穿結LED外延結構制備，可轉移至柔性以及硅襯底實現外延生長，且V型坑側壁隧穿結的電流增強作用，可以降低器件因轉移而產生的器件性能損耗。本發明應用領域廣泛。

技術領域

本發明涉及一種基于h-BN的V型隧穿結LED外延結構及其制備方法，屬于寬禁帶半導體技術領域。

背景技術

六方氮化硼(h-BN)具有優異的物理以及電學性質，例如超高的化學穩定性，超過6eV的超寬帶隙以及極強的負電子親和力。由于其獨特的原子排列結構與石墨烯材料面內晶格匹配，低維h-BN有望應用于潛力巨大的石墨烯/h-BN異質結電子器件。但是由于傳統CVD生長方式的限制，很難實現高質量六方氮化硼薄膜的生長及摻雜。六方氮化硼因為其接近6eV的超寬禁帶，h-BN在深紫外器件當中的應用也有了深入的研究。通過MOCVD生長原位Mg摻雜可以實現h-BN薄膜中極低的p型電阻率。相比較于禁帶寬度相近的摻Mg纖鋅礦AlN電阻率可以顯著降低6-7個數量級。

對于隧穿結LED當負電壓施加在頂部觸點上時，有源區反向偏置，沒有電流流動。通過在頂部接觸處施加個正偏壓，空穴可以通過反向偏壓隧穿結層注入前向偏置有源區，從而產生輻射復合。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于h-BN的V型隧穿結LED外延結構該外延結構可以較為簡單地實現不同襯底之間的轉移，并且V型坑側壁隧穿結的電流增強作用，可以降低器件因轉移而產生的器件性能損耗。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于h-BN的V型隧穿結LED外延結構，其特征在于：自下而上依次包括：襯底、AlN成核層、h-BN層、n型AlGaN層、AlGaN量子阱層、V-shaped pit p型h-BN層、InGaN/graded-AlGaN隧穿結、重摻n型AlGaN層。

優選的，所述AlN成核層厚度為17.5-20nm，h-BN層厚度為95.5-97.5nm，n型AlGaN層厚度為1.5-2μm，AlGaN量子阱層的周期數為3-5，每個周期自下而上結構為4-6nm AlGaN勢壘層、2-3nm AlGaN勢阱層、1-2nm AlGaN勢壘層，p型h-BN層厚度為10-25nm，InGaN/graded-AlGaN隧穿結厚度為20-25nm，重摻n型AlGaN層在水平部分的厚度為15-27nm。整個結構層的總厚度大約在2-2.5μm。

其中InGaN/graded-AlGaN隧穿結結構自下而上包括In_0.25Ga_0.75N層，以及AlN組分從55％漸變提升至65％的Al組分漸變的AlGaN層。

本發明還公開了上述的基于h-BN的V型隧穿結LED外延結構的制備方法，其步驟包括：

S1、清洗藍寶石襯底表面；

S2、將藍寶石襯底放入MOCVD設備反應腔中心，反應室溫度升至875-1035℃進行襯底退火處理；

S3、將反應室溫度降低至800-840℃，生長AlN成核層；

S4、將反應室溫度升高至1200-1550℃，反應室中通入三乙基硼源和氨氣進行h-BN層的生長；

S5、反應室降溫并通入氮氣，去除反應室中殘余的三乙基硼；

S6、將反應室溫度升高到1050℃-1250℃，通入鋁源，鎵源和氨氣，進行隧穿結LED主體外延結構的生長。