基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子技术领域，涉及一种半导体材料，可用于制作GaN黄光LED产品O
技术背景
[0002]氮化镓以及H1-V族氮化物在光电子和微电子领域都取得了巨大的进步。氮化镓具有直接带隙、热导率高、电子饱和迀移率高、发光效率高、耐高温和抗辐射等优点，在短波长蓝光一紫外光发光器件、微波器件和大功率半导体器件等方面有巨大的应用前景，理论上讲，通过调节In的组分，可以实现对可见光波长的全覆盖。
[0003]2012年1.L.Koslow等人提出了在半极性(11-22) GaN衬底上生长黄光LED全结构的方案，参见Performance and polarizat1n effects in (11-22) long wavelength lightemitting d1des grown on stress relaxed InGaN buffer layers， APPLIED PHYSICSLETTERS，V101N12P1211061-42012。该方案使用的GaN衬底价格非常昂贵，不利于大规模生产。
[0004]2015年，K.Lekhal等人提出了在蓝宝石衬底上制备InxGa1 ^/AlyGa1 yN/GaN全结构的方案，参见 Strain-compensated(Ga, In)N/(Al, Ga)N/GaN multiple quantumwells for improved yellow/amber light emiss1n, APPLIED PHYSICS LETTERSV106N14P142101-52015。该方案需要较高的In组分，而高的In组分需要低的生长温度，同时高的In组分会产生较大的应力，导致GaN的结晶质量退化，影响器件性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于蓝宝石衬底上黄光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。
[0006]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。
[0007]—.本发明基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料，自上而下分别为P型GaN层，有源层，成核层和r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，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。
[0008]进一步，C掺杂的浓度为I X 117Cm 3?4X 10 19cm 3，Si掺杂的浓度为5 X 117Cm 3?5 X 119Cm 3O
[0009]进一步，P型GaN层的厚度为0.01-10 μ m。
[0010]进一步，η型GaN层的厚度为0.2-100 μ m。
[0011]二.本发明基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料的制作方法，包括如下步骤:
[0012](I)将r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900-1200°C，时间为5-10min，反应室压力为20_760Torr ；
[0013](2)在r面蓝宝石衬底上生长厚度为10-200nm，温度为500-700 °C的低温成核层；
[0014](3)在低温成核层之上生长厚度为0.2-100 μπι，Si掺杂浓度为5Χ 1017cm 3?5 X 119Cm 3，C 掺杂浓度为 I X 117Cm 3?4 X 10 19cm 3，温度为 900-1150。。的高温 η 型 GaN 有源层；
[0015](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?5父10190113，温度为900-1150°(:的高温？型6&~层。
[0016]本发明由于采用C掺杂和Si掺杂的η型GaN作为有源层，与现有技术相比具有如下优点:
[0017]1.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]2.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]3.可以直接利用MOCVD中的Ga源中的C作为C源，降低了生产成本。
[0020]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】
[0021]图1是本发明基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料结构示意图；
[0022]图2为本发明制作基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料的流程图。
【具体实施方式】
[0023]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r面蓝宝石；第二层为成核层，采用厚度为10-200nm的AlN ;第三层为有源层，采用厚度为0.2-100 μ m的C掺杂和Si掺杂的η型GaN层，其中C掺杂的浓度为I X 117Cm 3?4X 10 19cm 3，Si掺杂的浓度为5 X 117Cm 3?5 X 1019cm 3，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 μπι，掺杂浓度为I X 117Cm 3?5 X 10 19cm 3的Mg掺杂GaN0
[0024]参照图2，本发明制作基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料的方法，给出如下三种实施例:
[0025]实施例1，制作C掺杂浓度为I X 118Cm 3、Si掺杂浓度为2 X 118Cm 3的η型GaN层有源区的LED材料。
[0026]步骤1，对衬底基片进行热处理。
[0027]将r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2X10 2Torr,衬底加热温度为1100°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。
[0028]步骤2，生长AlN成核层。
[0029]将热处理后的衬底基片温度降低为620°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1200SCCm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。
[0030]步骤3，生长C掺杂和Si掺杂的η型GaN有源层。
[0031 ] 向反应室通入流量为30 μ mol/min的镓源、流量为1200sccm氢气和流量为1500sccm的氨气，保持反应室压力为40Torr，温度为1100°C，取C掺杂浓度为I X 10lscm 3，Si掺杂浓度为2 X 118Cm 3，在低温AlN成核层上生长厚度为3 μ m的η型GaN有源层。
[0032]步骤4，生长P型GaN层。
[0033]将已经生长了 C掺杂和Si掺杂的η型GaN层基片温度保持在1020°C，向反应室通入流量为30 ymol/min的镓源、流量为1200sccm氢气，流量为1500sccm的氨气和流量为10 μ mol/min的Mg源，保持压力为40Torr，温度为1000 °C，生长厚度为200nm的p型GaN层，形