CN103915532A - 一种紫外led外延结构生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种新的生长紫外LED的外延结构的方法，采用新的结构层和表面接触层掺杂，既可以实现避免生长紫外光时表面材料本身对光的吸收，还可以降低接触电压。本发明采用掺杂硅烷的n++型AlzInwGa1-z-wN（0<w<0.05,0<z<0.9）表面接触层代替传统的掺杂镁的p型GaN表面接触层，既减小了表面接触层GaN材料本身对紫外光的吸收，提升了外延片出光效率，同时低In组分的n++型AlzInwGa1-z-wN不但可以与芯片制作工艺的ITO（氧化铟锡）电流扩展层良好的接触，并且还能容易地实现n型硅烷的重掺杂，能够与IT0层形成更好的欧姆接触，降低接触电压。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电子领域，涉及一种紫光LED外延结构生长方法。
背景技术
随着LED应用的发展，紫光LED的市场需求越来越大，发光波长覆盖210-400nm的紫外LED，具有传统紫外光源无法比拟的优势。紫外LED不仅可以用在照明领域，同时在生物医疗、防伪鉴定、空气，水质净化、生化检测、高密度信息储存等方面都可替代传统含有毒有害物质的紫外汞灯，目前紫光LED生长由于受到生长材料本身的限制和掺杂难度影响，发光效率普遍较低，并且电压普遍较高，如何降低掺杂难度，减少材料生长的困难度是当下研究的重点。
发明内容
本发明是一种新的生长紫外LED的外延结构的方法，采用新的结构层和表面接触层掺杂，既可以实现避免生长紫外光时表面材料本身对光的吸收，还可以降低接触电压。
本发明的基本技术方案如下：
一种紫外LED外延结构生长方法，包括以下步骤：
（1）在蓝宝石衬底上生长低温AlN；
（2）生长高温AlN；
（3）生长若干个周期AlN/AlGaN超晶格结构层；
（4）生长掺杂硅烷的n型AlGaN层；
（5）生长若干个周期AlxGa1-xN/AlyGa1-yN量子阱垒区，其中AlxGa1-xN作为阱层，AlyGa1-yN作为垒层，0<x＜y＜1；
（6）生长掺杂镁p型AlGaN阻挡层；
（7）生长掺杂镁p型AlGaN层作为p层；
（8）生长重掺杂硅烷n++型AlzInwGa1-z-wN薄层,0<w<0.05,0<z<0.9；
（9）氮气氛围下退火。
以上所称的“高温”、“低温”在本领域是具有明确意义的技术术语。
基于上述基本方案，本发明还做如下优化限定：
上述步骤（8）生长3-10nm的重掺杂硅烷n++型AlzInwGa1-z-wN薄层。
上述步骤（8）的最佳生长环境为在890℃，200torr。
上述步骤（5）的每一个周期中，量子阱层AlxGa1-xN和垒层AlyGa1-yN层的厚度分别为3nm和8nm。
相应的，本发明的紫外LED外延片，包括依次生长的以下各层：
蓝宝石衬底；
低温AlN；
高温AlN；
若干个周期AlN/AlGaN超晶格结构层；
掺杂硅烷的n型AlGaN层；
若干个周期AlxGa1-xN/AlyGa1-yN量子阱垒区，其中AlxGa1-xN作为阱层，AlyGa1-yN作为垒层，0<x＜y＜1；
掺杂镁p型AlGaN阻挡层；
掺杂镁p型AlGaN层作为p层；
重掺杂硅烷n++型AlzInwGa1-z-wN薄层，0<w<0.05,0<z<0.9。
其中：
重掺杂硅烷n++型AlzInwGa1-z-wN薄层的较佳厚度为3-10nm。
AlxGa1-xN/AlyGa1-yN量子阱垒区的每一个周期中，量子阱层AlxGa1-xN和垒层AlyGa1-yN层的最佳厚度分别为3nm和8nm。
本发明具有以下有效效果：
本发明采用掺杂硅烷的n++型AlzInwGa1-z-wN（0<w<0.05,0<z<0.9）表面接触层代替传统的掺杂镁的p型GaN表面接触层，既减小了表面接触层GaN材料本身对紫外光的吸收，提升了外延片出光效率，同时低In组分的n++型AlzInwGa1-z-wN不但可以与芯片制作工艺的ITO（氧化铟锡）电流扩展层良好的接触，并且还能容易地实现n型硅烷的重掺杂，能够与IT0层形成更好的欧姆接触，降低接触电压。
附图说明
图1为紫外LED的外延整体结构图。
具体实施方式
本发明采用蓝宝石作为生长基底，进行异质外延生长，运用MOCVD（金属有机物化学气相沉积）技术来完成整个外延过程。采用三甲基镓（TMGa），三乙基镓(TEGa)，和三甲基铟（TMIn）,三甲基铝(TMAl)和氨气（NH3）硅烷（SiH4）和二茂镁(cp2mg)分别提供生长所需要的镓源，铟源，铝源，和氮源,硅源,镁源。
在蓝宝石衬底上生长一层低温AlN,然后再高温生长一层AlN,然后再生长几个周期AlN/AlGaN超晶格结构层，然后再生长一层掺杂硅烷的n型AlGaN层，然后生长一层几个周期AlxGa1-xN/AlyGa1-yN（y>x）量子阱垒区，其中AlxGa1-xN作为阱层，AlyGa1-yN作为垒层。然后生长一层掺杂镁p型AlGaN阻挡层（Al组分较高），接着生长一层掺杂镁p型AlGaN层，然后生长一层薄的重掺杂硅烷n++型AlzInwGa1-z-wN层（0<w<0.05,0<z<0.9），其中In含量很低。
以下结合图1，给出一个示例，具体优化的步骤和参数如下：
1.将蓝宝石衬底特殊清洗处理后，放入MOCVD设备在1100℃烘烤10分钟。
2.降温度600℃生长一层厚度10nm的低温AlN层，生长压力为150torr。
3.升温到1070℃生长一层厚度300nm的高温AlN层，生长压力为150torr.
4.在温度1050℃，200torr生长一层10个周期AlN/AlGaN的超晶格，总厚度70nm。
5.在温度1060℃生长一层本征掺杂硅烷的n型AlGaN层厚度500nm，压力200torr.
6.在氮气氛围200torr,1060℃生长一层AlxGa1-xN/AlyGa1-yN（y>x）量子阱垒层，量子阱层AlxGa1-xN和垒层AlyGa1-yN层的厚度分别为3nm和8nm，共生长8个周期。
7.温度至1000℃，150torr,生长一层掺杂镁的p型AlGaN层，厚度15nm。作为电子阻挡层，通常其中的Al组分含量较高。
8.在900℃,200torr生长50nm的Mg掺杂的p型AlGaN层。
9.在890℃，200torr生长一层重掺杂硅烷的n型n++型AlzInwGa1-z-wN层，0<w<0.05,0<z<0.9，此层很薄，约为4nm。
10.在氮气氛围下，退火20分钟。
以上整体外延生长过程结束，即制得紫外LED外延片。
按照本发明的外延结构生长方法制得外延片加工得到的芯片经过测试，其光功率值较传统的外延结构芯片提升近25%，说明其新的表面结构接触层能够减少材料表面对光的吸收，增加了光的提取效率；并且电压也较传统芯片降低了0.5V--1V左右。
需要强调的是，以上实施例中给出了能够达到最佳技术效果的具体参数，但这些温度、厚度、压力等具体参数大部分均是参照现有技术所做的常规选择，不应视为对本发明权利要求保护范围的限制。说明书中阐述了本发明技术改进的原理，本领域技术人员应当能够认识到在基本方案下对各具体参数做适度的调整仍然能够基本实现本发明的目的。
Claims (7)
1.一种紫外LED外延结构生长方法，包括以下步骤：
（1）在蓝宝石衬底上生长低温AlN；
（2）生长高温AlN；
（3）生长若干个周期AlN/AlGaN超晶格结构层；
（4）生长掺杂硅烷的n型AlGaN层；
（5）生长若干个周期AlxGa1-xN/AlyGa1-yN量子阱垒区，其中AlxGa1-xN作为阱层，AlyGa1-yN作为垒层，0<x＜y＜1；
（6）生长掺杂镁p型AlGaN阻挡层；
（7）生长掺杂镁p型AlGaN层作为p层；
（8）生长重掺杂硅烷n++型AlzInwGa1-z-wN薄层,0<w<0.05,0<z<0.9；
（9）氮气氛围下退火。
2.根据权利要求1所述的紫外LED外延结构生长方法，其特征在于：步骤（8）生长3-10nm的重掺杂硅烷n++型AlzInwGa1-z-wN薄层。
3.根据权利要求2所述的紫外LED外延结构生长方法，其特征在于：步骤（8）的生长环境为在890℃，200torr。
4.根据权利要求3所述的紫外LED外延结构生长方法，其特征在于：步骤（5）的每一个周期中，量子阱层AlxGa1-xN和垒层AlyGa1-yN层的厚度分别为3nm和8nm。
5.一种紫外LED外延片，其特征在于，包括依次生长的以下各层：
蓝宝石衬底；
低温AlN；
高温AlN；
若干个周期AlN/AlGaN超晶格结构层；
掺杂硅烷的n型AlGaN层；
若干个周期AlxGa1-xN/AlyGa1-yN量子阱垒区，其中AlxGa1-xN作为阱层，AlyGa1-yN作为垒层，0<x＜y＜1；
掺杂镁p型AlGaN阻挡层；
掺杂镁p型AlGaN层作为p层；
重掺杂硅烷n++型AlzInwGa1-z-wN薄层，0<w<0.05,0<z<0.9。
6.根据权利要求5所述的紫外LED外延片，其特征在于：重掺杂硅烷n++型AlzInwGa1-z-wN薄层的厚度为3-10nm。
7.根据权利要求6所述的紫外LED外延片，其特征在于：AlxGa1-xN/AlyGa1-yN量子阱垒区的每一个周期中，量子阱层AlxGa1-xN和垒层AlyGa1-yN层的厚度分别为3nm和8nm。
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