GaN基LED外延片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及以半导体为特征的器件及其制备方法技术领域，尤其涉及一种GaN基LED外延片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]LED是一种将电能直接转化为光能的固态半导体器件，相对于传统光源，LED具有体积小、使用寿命长、响应速度快、发光效率高的特点，因此LED成为一种备受瞩目的新型绿色光源进入照明领域。但是在大电流注入下LED存在发光效率衰减的问题，在一定程度上限制了大功率、高亮度LED的开发，也制约了 LED在通用照明领域的发展。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种GaN基LED外延片及其制备方法，所述外延片提升了在大电流密度注入下LED的光输出功率，比传统的P-AlGaN势皇结构的外延片光输出功率提高了近5%?10%，同时LED芯片抗静电能力也提高了近3%?6%。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种GaN基LED外延片，其特征在于包括:4英寸硅衬底，所述4英寸硅衬底的上表面从下到上依次为AlN/AlGaN缓冲层、非故意掺杂U型GaN层、硅掺杂N型GaN层、InGaN/GaN多重量子阱发光层、低温P型GaN层、P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层以及高温P型GaN层。
[0005]进一步的技术方案在于:所述P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层其周期数为3?10对。
[0006]本发明还公开了一种GaN基LED外延片制备方法，其特征在于包括:在4英寸硅衬底的上表面从下到上依次生长AlN/AlGaN缓冲层、非故意掺杂U型GaN层、硅掺杂N型GaN层、InGaN/GaN多重量子阱发光层、低温P型GaN层、P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层以及高温P型GaN层；
所述AlInGaN/InGaN电子阻挡层的生长方法如下:使用氢气作为载气，保持V族氮源持续通入，先通入m族镓源、受主掺杂剂二茂镁、m族铝源、m族铟源，之后关闭m族铝源，使AlInGaN与InGaN层的厚度在2nm?8nm之间。
[0007]进一步的技术方案在于:所述的生长温度保持在800°C?1000° C之间。
[0008]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:由于P型超晶格AlInGaN/InGaN层的插入，可以提高多量子势皇(MQB)的势皇高度，限制了电子从有源发光区的溢出，抑制在大电流注入下电子溢流到P型势皇区与空穴发生非辐射复合，从而避免大电流密度注入下发光效率下降的现象，同时借助P型超晶格A11 nGaN/1 nGaN电子阻挡层，提高LED芯片抗静电能力，实现LED在大电流注入下ESD的大幅度提高。
[0009]所述方法通过改变P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层生长过程中A1组分、In组分和Mg的流量，能够很好地将电子限定在量子阱区域并保持高的材料晶体质量，而生长温度保持在800?1000° C之间，并通过降低TMGa流量的方法解决了p_AlInGaN/InGaN掺杂效率低和空穴注入不足的问题，优化条件下生长的P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层，极大地提高了电子在量子阱区与空穴发生辐射复合的几率，提升了在大电流密度注入下LED的光输出功率，比传统的P-AlGaN势皇结构的外延片光输出功率提高了近5%?10%，同时LED芯片抗静电能力也提高了近3%?6%。
【附图说明】
[0010]图1是本发明所述外延片的结构示意图；
其中:1、4英寸硅衬底2、AlN/AlGaN缓冲层3、U型GaN层4、N型GaN层5、InGaN/GaN多重量子阱发光层6、低温P型GaN层7、P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层8、高温P型GaN层。
【具体实施方式】
[0011]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0012]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0013]如图1所示，本发明公开了一种GaN基LED外延片，包括:4英寸硅衬底1，所述4英寸硅衬底1的上表面从下到上依次为AlN/AlGaN缓冲层2、非故意掺杂U型GaN层3、硅掺杂N型GaN层4、1116&~6&~多重量子阱发光层5、低温?型6&~层6、？型超晶格4111^~11^~电子阻挡层7以及高温P型GaN层8。其中所述P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层7的周期数为3?10对。
[0014]本发明还公开了一种GaN基LED外延片制备方法，包括:在4英寸硅衬底1的上表面从下到上依次生长AlN/AlGaN缓冲层2、非故意掺杂U型GaN层3、硅掺杂N型GaN层4、InGaN/GaN多重量子阱发光层5、低温P型GaN层6、P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层7以及高温P型GaN层8。
[0015]由于P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层的插入，可以提高多量子势皇(MQB)的势皇高度，限制了电子从有源发光区的溢出，抑制在大电流注入下电子溢流到P型势皇区与空穴发生非辐射复合，从而来避免大电流密度注入下发光效率下降的现象。通常情况下，P型超晶格A1 InGaN/InGaN电子阻挡层的生长存在很多困难，如材料晶体质量差、晶格失配及镁掺杂激活效率率低等。本发明通过生长温度、生长压力与三甲基铝(TMA1)、三甲基铟(TMIn)的流量等关键因素对P型超晶格A1 InGaN/InGaN电子阻挡层A1组分、In组分和Mg掺杂的影响。
[0016]通过优化发现，A1组分流量介于50?100之间、In组分流量介于30?300之间能够很好地将电子限定在量子阱区域并保持高的材料晶体质量，而生长温度也保持在800?1000° C之间，并通过降低TMGa流量的方法解决了P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层掺杂效率低和空穴注入不足的问题，优化条件下生长的P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层，极大地提高了电子在量子阱区与空穴发生辐射复合的几率，提升了在大电流密度注入下LED的光输出功率，比传统的P-AlGaN势皇结构的外延片光输出功率提高了近5%?10%，同时LED芯片抗静电能力也提高了近3%?6%。
【主权项】
1.一种GaN基LED外延片，其特征在于包括:4英寸硅衬底(1)，所述4英寸硅衬底(1)的上表面从下到上依次为AlN/AlGaN缓冲层(2)、非故意掺杂U型GaN层(3)、硅掺杂N型GaN层(4)、InGaN/GaN多重量子阱发光层(5)、低温P型GaN层(6)、P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层(7)以及高温P型GaN层(8)。2.如权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于包括:所述P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层(7 )的周期数为3?10对。3.一种GaN基LED外延片制备方法，其特征在于包括:在4英寸硅衬底(1)的上表面从下到上依次生长AlN/AlGaN缓冲层(2)、非故意掺杂U型GaN层(3)、硅掺杂N型GaN层(4)、InGaN/GaN多重量子阱发光层(5)、低温P型GaN层(6)、P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层(7)以及高温P型GaN层(8); 所述AlInGaN/InGaN电子阻挡层(7)的生长方法如下:使用氢气作为载气，保持V族氮源持续通入，先通入m族镓源、受主掺杂剂二茂镁、m族铝源、m族铟源，之后关闭m族铝源，使AlInGaN与InGaN层的厚度在2nm?8nm之间。4.如权利要求3所述的GaN基LED外延片制备方法，其特征在于:所述的生长温度保持在800° C?1000° C之间。
【专利摘要】本发明公开了一种GaN基LED外延片及其制备方法，涉及以半导体为特征的器件及其制备方法技术领域。所述外延片包括：4英寸硅衬底，所述4英寸硅衬底的上表面从下到上依次为AlN/AlGaN缓冲层、非故意掺杂U型GaN层、硅掺杂N型GaN层、InGaN/GaN多重量子阱发光层、低温P型GaN层、P型超晶格AlInGaN/InGaN电子阻挡层以及高温P型GaN层。所述外延片提升了在大电流密度注入下LED的光输出功率，比传统的P-AlGaN势垒结构的外延片光输出功率提高了近5%～10%，同时LED芯片抗静电能力也提高了近3%～6%。
【IPC分类】H01L33/14, H01L33/00, H01L33/04, H01L33/32, H01L33/06
【公开号】CN105428477
【申请号】CN201510986523
【发明人】刘波, 尹甲运, 白欣娇, 袁凤坡, 王波, 潘鹏, 汪灵, 周晓龙, 王静辉
【申请人】中国电子科技集团公司第十三研究所
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月26日