CN213878133U - 一种具有低电阻率p型层的深紫外led外延结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种具有低电阻率P型层的深紫外LED外延结构，属于半导体光电子技术领域，包括衬底、在衬底之上的电子阻挡层、层叠在电子阻挡层上的P型AlGaN层和层叠在P型AlGaN层上的P型GaN层，所述P型GaN层为多层复合结构，P型GaN层由多种P型GaN子层交叠生长形成。本实用新型晶体质量高，P型杂质活化率高，整体发光效率高，材料内部的氮空位少，掺杂效率高、导电性能好，且外观质量好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有低电阻率P型层的深紫外LED外延结构，属于半导体光电子技术领域。
背景技术
LED作为一种新型的紫外光源，具有能耗低、体积小、集成性好、寿命长、环保无毒等优点，受到广发消费者的认可。特别是深紫外LED作为一种新型的深紫外光源，在杀菌、印刷、通讯、探测、紫外固化等领域具有广泛的应用前景，是当前 III-族氮化物半导体最有发展潜力的领域和产业之一。
虽然深紫外LED市场潜力和应用前景十分巨大，国内生产规模也在逐步扩大，但是其P型掺杂效率较低，发光效率低，且P型掺杂层电阻率高的问题，严重制约其在大功率电子器件方面的应用。
本申请的发明人发现：P型掺杂层电阻率高的问题，主要是由于P型杂质活化率较低，晶体质量较低，材料内部的氮空位较多，以至于掺杂效率低、导电性能差，整体发光效率较低。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种具有低电阻率P型层的深紫外LED外延结构，该具有低电阻率P型层的深紫外LED外延结构可有效降低P型层的电阻率，增大纵向电导，进而提高发光强度并且外延层表面平整。
本实用新型通过以下技术方案得以实现。
本实用新型提供的一种具有低电阻率P型层的深紫外LED外延结构，包括衬底、在衬底之上的电子阻挡层、层叠在电子阻挡层上的P型AlGaN层和层叠在P型AlGaN层上的P型GaN层，所述P型GaN层为多层复合结构，P型GaN层由多种P型GaN子层交叠生长形成。
所述多种P型GaN子层由不同的生长温度形成；接触P型AlGaN层一侧的P型GaN子层由最高生长温度形成。
所述多种P型GaN子层由不同的掺杂浓度和/或氢气流量形成。
所述P型GaN子层有两种，分别为第一P型GaN层和第二P型GaN层。
所述多种P型GaN子层交叠次数为2~20。
所述衬底和电子阻挡层之间由下至上依次层叠有缓冲层、非掺杂层、N型掺杂层、多量子阱结构层。
所述接触P型AlGaN层一侧的P型GaN子层的生长厚度为1~20nm。
所述第一P型GaN层在生长温度为850~950℃、氢气流量为5000~25000sccm、P型掺杂剂流量为50~300sccm的条件下形成。
所述第二P型GaN层在生长温度为750~800℃、氢气流量为3000~20000sccm、P型掺杂剂流量为100~600sccm的条件下形成。
所述缓冲层厚度10~500nm、非掺杂层厚度1~5μm、N型掺杂层厚度1~3μm、多量子阱结构层厚度3~10nm。
本实用新型的有益效果在于：晶体质量高，P型杂质活化率高，整体发光效率高，材料内部的氮空位少，掺杂效率高、导电性能好，且外观质量好。
附图说明
图1是本实用新型一种实施方式的结构示意图；
图2是图1中P型GaN层的展开结构示意图。
具体实施方式
下面进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
本实用新型提供一种具有低电阻率P型层的深紫外LED外延结构，包括衬底、在衬底之上的电子阻挡层、层叠在电子阻挡层上的P型AlGaN层和层叠在P型AlGaN层上的P型GaN层，P型GaN层为多层复合结构，P型GaN层由多种P型GaN子层交叠生长形成。
由此，多种P型GaN子层必然只能是形成过程中的参数不同，因此基于该设置，在P型GaN子层形成过程中就能因形成参数不同，而得以实现多种P型GaN子层之间表面不平整，从而在生长过程中湮灭位错，减少材料内部的缺陷，提高掺杂效率和导电性能。
具体的，多种P型GaN子层由不同的生长温度形成。
多种P型GaN子层由不同的掺杂浓度和/或氢气流量形成。
以最小数量实现即可得到所需技术效果，故最优选方案为，P型GaN子层有两种，分别为第一P型GaN层和第二P型GaN层。
由此，基于第一P型GaN层和第二P型GaN层的生长温度不同，当第一P型GaN层和第二P型GaN层的氢气流量不同时，两层P型GaN层之间的GaN分解及氢气腐蚀结果不同，导致生长温度较高的P型GaN层表面不平整，另一层P型GaN层则在生长过程中湮灭位错，从而减少材料内部的缺陷，使整体P型GaN层晶体质量更高；当第一P型GaN层和第二P型GaN层的掺杂浓度不同时，两层P型GaN层的材料内部氮空位得以减少，从而提高掺杂效率和导电性能，既避免了高温下P型层中的受主杂质向有源区的扩散，减少了非辐射复合中心的产生，提升了发光效率，也使氮原子和镓原子倾向于二维生长，得到平整表面。
作为最为有效的提高P型杂质的活化率，从而提高LED的发光效率的优选方案，接触P型AlGaN层一侧的P型GaN子层由最高生长温度形成。
进一步的，多种P型GaN子层交叠次数为2~20。
基于上述原理，在实施时还应注意如下：
衬底和电子阻挡层之间由下至上依次层叠有缓冲层、非掺杂层、N型掺杂层、多量子阱结构层。
接触P型AlGaN层一侧的P型GaN子层的生长厚度为1~20nm。
第一P型GaN层在生长温度为850~950℃、氢气流量为5000~25000sccm、P型掺杂剂流量为50~300sccm的条件下形成。
第二P型GaN层在生长温度为750~800℃、氢气流量为3000~20000sccm、P型掺杂剂流量为100~600sccm的条件下形成。
缓冲层厚度10~500nm、非掺杂层厚度1~5μm、N型掺杂层厚度1~3μm、多量子阱结构层厚度3~10nm。
上述方案的一种实施时采取的制造步骤如下：
①将衬底放置于载盘上，传入设备反应室中，在1000~1200℃下高温处理5~10min。接着，在500~900℃下通入III族源和V族源生长缓冲层，缓冲层的厚度为10~500nm；
②在700~1300℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源，在缓冲层上生长非掺杂层，厚度为1~5μm；
③在700~1300℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源以及n型掺杂剂生长N型掺杂层，厚度为1~3μm；
④在700~1200℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源，生长量子阱发光层，其中，垒层厚度为10~15nm，量子阱厚度为3~10nm；
⑤在850~1100℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源，生长电子阻挡层，整个电子阻挡层的厚度为20～40nm；
⑥在1000~1200℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源，生长P型AlGaN层，厚度为5~20nm；
⑦在850~950℃条件下生长，向反应室中通入III族源和V族源以及P型掺杂剂生长第一P型GaN层；在750~800℃条件下，生长第二P型GaN层，使第一和第二GaN层依次交替层叠生长，层叠次数为N；
⑧保持反应室温度为800℃，N2气氛下退火20~30min，然后随炉冷却。
其中，P型掺杂杂质的具体形式，可采用现有常规的材料。可选的，III族源为TMGa、TMAl、TEM中的一种或多种，V族源为NH3， N型掺杂源和P型掺杂源分别为SiH4和Cp2Mg。
可以使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备、分子束外延设备(MBE)或者氢化物气相外延设备(HVPE)生长除衬底在外的其它各层结构。
实施例1
采用上述方案，基于如下步骤进行制造形成：
①将衬底放置于载盘上，传入设备反应室中，在1100℃下高温处理10min，接着，在850℃下通入50sccmTMAl和10000sccmNH3，生长AlN缓冲层，缓冲层的厚度为1000nm；
②在1150℃条件下，向反应室中通入80sccmTMAl、100sccmTMGa和12000sccmNH3，在AlN缓冲层上生长非掺杂AlaGa1-aN层，厚度为1μm，其中，a=0.65；
③保持温度不变，向反应室中通入80sccmTMAl、100sccmTMGa和12000sccmNH3以及n型掺杂剂SiH4，在非掺杂AlaGa1-aN层上生长N型掺杂AlbGa1-bN层，厚度为1μm，其中，b=0.6；
④将反应室温度将为1100℃，向反应室中通入40sccmTMAl、60sccmTMGa和8000sccmNH3，生长多量子阱结构，其中，垒层AlcGa1-cN厚度为11nm，其中，c=0.5；阱层AldGa1-dN厚度为5nm，c=0.43，整个多量子阱结构循环生长6个周期；
⑤将温度升到1150℃，反应室中通入60sccmTMAl、150sccmTMGa和8000sccmNH3，生长电子阻挡层 AleGa1-eN，c＝0.6；整个电子阻挡层的厚度为40nm；
⑥将温度降低至1050℃，向反应室中通入60sccmTMAl、200sccmTMGa和8000sccmNH3，生长P型AlfGa1-fN层，f=0.5，厚度为20nm；
⑦将反应室温度降低至900℃，向反应室中通入100sccmTMGa、5000sccmNH3、10000sccmH2以及200sccmCp2Mg，生长第一P型GaN层，厚度为15nm；在780℃条件下，向反应室中通入80sccmTMGa、3000sccmNH3、8000sccmH2以及250sccmCp2Mg，生长第二P型GaN层，厚度为20nm，使第一和第二GaN层依次交替层叠生长，层叠次数为N=10，其中，第一P型GaN层掺杂浓度为8.0*1018 cm-3，第二P型GaN层掺杂浓度为3.0*1019cm-3；
⑧保持反应室温度为800℃，N2气氛下退火20～30min，然后随炉冷却。
实施例2
采用上述方案，基于如下步骤进行制造形成：
①将衬底放置于载盘上，传入设备反应室中，在1100℃下高温处理10min，接着，在850℃下通入50sccmTMAl和10000sccmNH3，生长AlN缓冲层，缓冲层的厚度为1000nm；
②在1150℃条件下，向反应室中通入80sccmTMAl、100sccmTMGa和12000sccmNH3，在AlN缓冲层上生长非掺杂AlaGa1-aN层，厚度为1μm，其中，a=0.65；
③保持温度不变，向反应室中通入80sccmTMAl、100sccmTMGa和12000sccmNH3以及n型掺杂剂SiH4，在非掺杂AlaGa1-aN层上生长N型掺杂AlbGa1-bN层，厚度为1μm，其中，b=0.6；
④将反应室温度将为1100℃，向反应室中通入40sccmTMAl、60sccmTMGa和8000sccmNH3，生长多量子阱结构，其中，垒层AlcGa1-cN厚度为11nm，其中，c=0.5；阱层AldGa1-dN厚度为5nm，c=0.43，整个多量子阱结构循环生长6个周期；
⑤将温度升到1150℃，反应室中通入60sccmTMAl、150sccmTMGa和8000sccmNH3，生长电子阻挡层 AleGa1-eN，c＝0.6；整个电子阻挡层的厚度为40nm；
⑥将温度降低至1050℃，向反应室中通入60sccmTMAl、200sccmTMGa和8000sccmNH3，生长P型AlfGa1-fN层，f=0.5，厚度为20nm；
⑦将反应室温度降低至900℃，向反应室中通入100sccmTMGa、5000sccmNH3、10000sccmH2以及200sccmCp2Mg，生长第一P型GaN层，厚度为10nm；在780℃条件下，向反应室中通入80sccmTMGa、3000sccmNH3、8000sccmH2以及250sccmCp2Mg，生长第二P型GaN层，厚度为15nm，使第一和第二GaN层依次交替层叠生长，层叠次数为N=14，其中，第一P型GaN层掺杂浓度为7.0*1018 cm-3，第二P型GaN层掺杂浓度为2.5*1019cm-3；
⑧保持反应室温度为800℃，N2气氛下退火20～30min，然后随炉冷却。
Claims (7)
1.一种具有低电阻率P型层的深紫外LED外延结构，包括衬底、在衬底之上的电子阻挡层、层叠在电子阻挡层上的P型AlGaN层和层叠在P型AlGaN层上的P型GaN层，其特征在于：所述P型GaN层为多层复合结构，P型GaN层由多种P型GaN子层交叠生长形成。
2.如权利要求1所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延结构，其特征在于：所述多种P型GaN子层由不同的生长温度形成；接触P型AlGaN层一侧的P型GaN子层由最高生长温度形成。
3.如权利要求1所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延结构，其特征在于：所述P型GaN子层有两种，分别为第一P型GaN层和第二P型GaN层。
4.如权利要求1所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延结构，其特征在于：所述多种P型GaN子层交叠次数为2~20。
5.如权利要求1所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延结构，其特征在于：所述衬底和电子阻挡层之间由下至上依次层叠有缓冲层、非掺杂层、N型掺杂层、多量子阱结构层。
6.如权利要求2所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延结构，其特征在于：所述接触P型AlGaN层一侧的P型GaN子层的生长厚度为1~20nm。
7.如权利要求5所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延结构，其特征在于：所述缓冲层厚度10~500nm、非掺杂层厚度1~5μm、N型掺杂层厚度1~3μm、多量子阱结构层厚度3~10nm。
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| CN202022863160.2U CN213878133U (zh) | 2020-12-03 | 2020-12-03 | 一种具有低电阻率p型层的深紫外led外延结构 |
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Cited By (1)
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| CN115425128A (zh) * | 2022-10-21 | 2022-12-02 | 至善时代智能科技(北京)有限公司 | 一种紫外led外延结构及其制备方法 |
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| CN115425128A (zh) * | 2022-10-21 | 2022-12-02 | 至善时代智能科技(北京)有限公司 | 一种紫外led外延结构及其制备方法 |
| CN115425128B (zh) * | 2022-10-21 | 2023-01-31 | 至善时代智能科技(北京)有限公司 | 一种紫外led外延结构及其制备方法 |
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