基于m面蓝宝石衬底上半极性（11-22）黄光LED材料及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种LED半导体材料，属于微电子技术领域，可用于制作GaN黄光LED
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技术背景
[0002]II1-V族氮化物材料为直接带隙，热导率高、电子饱和迀移率高、发光效率高、耐高温和抗辐射，在光电子和微电子领域都取得了巨大的进步。通过调节In的组分，理论上讲，可以实现对可见光波长的全覆盖，在发光器件、微波器件和大功率半导体器件等方面有巨大的前景。
[0003]2007年，M.J.Kappers等人提出了在m面蓝宝石衬底上生长10个周期的InGaN/GaN 量子讲结构的方案，参见 Growth and characterisat1n of sem1-polar (11-22)InGaN/GaN MQff structures, Journal of Crystal Growth，300 (2007) 155 - 159。该方案InGaN/GaN量子阱结构中存在较大的应力，导致GaN的结晶质量退化，应用于器件中会影响器件的性能，而且量子阱结构的生长工艺复杂，生长效率低，制作成本高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于m面蓝宝石衬底上半极性(11-22)黄光LED材料及其制作方法，以简化工艺复杂度，提高生长效率，降低成本，提高LED器件性能。
[0005]实现本发明目的技术关键是:采用MOCVD的方法，通过引入C掺杂，使C元素替换N元素形成深能级，提供复合能级，C杂质可以通过C源引入，也可以通过控制工艺利用MOCVD中的C杂质实现。
[0006]一.本发明基于m面蓝宝石衬底上半极性(11-22)黄光LED材料，自上而下分别为P型GaN层，有源层，成核层和m面蓝宝石衬底，其特征在于有源层使用C掺杂和Si掺杂的η型GaN层，以在GaN中引入C的深能级，为发黄光的电子、空穴提供复合平台。
[0007]进一步，C掺杂的浓度为2 X 117Cm 3?2 X 10 19cm 3，Si掺杂的浓度为4 X 117Cm 3?4 X 119Cm 3O
[0008]进一步，P型GaN层的厚度为0.01-10 μ m。
[0009]进一步，η型GaN层的厚度为(λ 1-100 μ m。
[0010]二.本发明基于m面蓝宝石衬底上半极性(11-22)黄光LED材料的制作方法，包括如下步骤:
[0011](I)将m面蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，并向反应室通入氢气与氨气的混合气体，对衬底进行热处理，反应室的真空度小于2 X 10 2Torr,衬底加热温度为920-1250°C，时间为5-10min，反应室压力为20_800Torr ；
[0012](2)在m面蓝宝石衬底上生长厚度为8-210nm，温度为530-750 °C的低温成核层；
[0013](3)在低温成核层之上生长厚度为0.1-100 μπι，Si掺杂浓度为4Χ 1017cm 3?4X 119Cm 3，C掺杂浓度为2 X 117Cm 3?2 X 10 19cm 3，温度为900_1200°C的高温η型半极性(11-22) GaN 有源层；
[0014](4)在η型GaN有源层之上生长厚度为0.01-10 μ m，Mg掺杂浓度为I XlO17Cm3?3父10190113，温度为900-1200°(:的高温？型半极性(ll_22)GaN层。
[0015]本发明由于采用C掺杂和Si掺杂的η型半极性(ll_22)GaN作为有源层，与现有技术相比具有如下优点:
[0016]1.直接利用MOCVD中的Ga源中的C作为C源，降低了生产成本。
[0017]2.避免了传统LED结果中的InGaN量子阱生长，简化了工艺步骤，提高了生长效率。
[0018]3.避免了 InGaN的存在引起材料晶格失配大的冋题，提尚了材料的质量，从而提高LED器件的性能。
[0019]本发明的技术方案和效果可通过以下附图和实施例进一步说明。
【附图说明】
[0020]图1是本发明基于m面蓝宝石衬底上半极性(11-22)黄光LED材料结构示意图；
[0021]图2为本发明制作基于m面蓝宝石衬底上半极性(11-22)黄光LED材料的流程图。
【具体实施方式】
[0022]参照图1，本发明的黄光LED材料设有四层，其中第一层为衬底，采用m面蓝宝石；第二层为成核层，采用厚度为8-210nm的AlN ;第三层为有源层，采用厚度为0.1-1OOym的C掺杂和Si掺杂的η型半极性(ll_22)GaN层，其中C掺杂的浓度为2X 117Cm 3?2X 119Cm3, Si掺杂的浓度为4X 117Cm 3?4X10 19cm3,由于在GaN中引入了 C掺杂，因此在GaN中会形成深能级，为发黄光的电子、空穴提供了复合的平台；第四层为P型GaN层，采用厚度为0.01-10 μ m，掺杂浓度为I X 117Cm 3?3 X 10 19cm 3的Mg掺杂半极性(11-22)GaN0
[0023]参照图2，本发明制作基于m面蓝宝石衬底上半极性(11-22)黄光LED材料的方法，给出如下三种实施例:
[0024]实施例1，制作C掺杂浓度为2 X 118Cm 3、Si掺杂浓度为4X 10lscm 3的η型半极性(11-22) GaN层有源层的LED材料。
[0025]步骤1，对衬底基片进行热处理。
[0026]将m面蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，并向反应室通入氢气与氨气的混合气体，在反应室的真空度小于2X 10 2Torr,衬底加热温度为1150°C，时间为8min，反应室压力为40Torr的条件下，对衬底基片进行热处理。
[0027]步骤2，生长AlN成核层。
[0028]将热处理后的衬底基片温度降低为650°C，向反应室通入流量为5 ymol/min的铝源、流量为1200SCCm氢气和流量为2400SCCm的氨气，在保持压力为40Torr的条件下生长厚度为20nm的低温AlN成核层。
[0029]步骤3，生长C掺杂和Si掺杂的η型半极性(ll_22)GaN有源层。
[0030]向反应室通入流量为15ymol/min的镓源、流量为1200sccm氢气和流量为3000sccm的氨气，保持反应室压力为40Torr，温度为1150°C，取C掺杂浓度为2 X 10lscm 3，Si掺杂浓度为4 X 118Cm 3，在低温AlN成核层上生长厚度为3 μ m的η型半极性(11-22) GaN
有源层。
[0031]步骤4，生长P型半极性(I 1-22) GaN层。
[0032]将已经生长了 C掺杂和Si掺杂的η型半极性(ll_22)GaN层基片温度保持在1050°C，向反应室通入流量为15 μ mol/min的镓源、流量为1200sccm氢气，流量为3000sccm的氨气和流量为8 ymol/min的Mg源，保持压力为40Torr，温度为1050°C，生长厚度为200nm的P型半极性(11-22)GaN层，形成半极性(11-22)面GaN材料，并从MOCVD反应室中取出。
[0033]实施例2，制作C掺杂浓度为2 X 117Cm 3、Si掺杂浓度为4 X 1017cm 3的η型半极性(11-22) GaN层有源层的LED材料。
[0034]本实例的实现步骤如下:
[0035]步骤Α，将m面蓝宝石衬底置于