[发明专利]采用金属有机化合物气相外延技术生长高抗静电能力发光二极管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管的制作方法，尤其是涉及一种采用金属有机化合物气相外延（MOCVD）技术生长高抗静电能力氮化镓（GaN）基III-V族氮化物半导体材料发光二极管的方法，属于半导体光电子技术领域。

背景技术

氮化镓（GaN）基半导体材料是继硅和砷化镓之后的第三代半导体材料，近年来发展迅速。III族氮化物包括GaN、InN、AlN以及三元和四元合金都是直接带隙宽禁带半导体材料，。III 族氮化物材料室温下禁带宽度从氮化铟（InN）0.75eV 到氮化镓(GaN)3.4eV直至氮化铝(AlN)6.2eV的范围内连续可调，覆盖了从红外到紫外的广泛的波长范围，被认为是在技术领域中具有非常重要地位的材料。

半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。20世纪90年代以来，随着氮化镓基蓝光和白光发光二极管的研制成功，半导体照明已经成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其经济和社会意义巨大。美国、日本、欧盟、韩国、台湾等国家和地区相继推出半导体照明发展计划。我国于2003年10月，正式启动了“国家半导体照明工程”。随着最近几年的快速发展，白光发光二极管（LED）的性能指标不断提高，固态照明的实用化已经露出了曙光。这些发展包括了材料生长、芯片制备和封装的各个方面的成就。尤其是在材料生长方面，最近几年各种新的技术层出不穷，极大地推进了固态照明事业的发展。随着GaN基LED 的应用领域扩展到高密度光存储，彩色印刷，显示应用及固态照明。LED 光电性质的稳定性及可靠性成为越来越重要的问题。LED 抗静电能力的高低是LED 可靠性的核心体现。

GaN基 LED 大多生长在晶格失配较大的蓝宝石（Al2O3） 异质衬底上，在GaN外延层中存在高密度的穿透位错，同时由于Al2O3 衬底的绝缘属性，使GaN/Al2O3 LED 在器件加工及封装使用过程中容易被静电击穿而损害。对于GaN基LED芯片，由于GaN基氮化物材料为宽禁带半导体材料，电阻率高，芯片在生产过程中因静电产生的感生电荷不易消失。当LED p-n结两个电极上的极性不同的电荷积累到一定程度，又得不到及时释放时，电荷能量一旦超过LED芯片最大承受值时，电荷将以极短的瞬间（纳秒级别）在LED 两个电极层之间进行放电，产生功率焦耳热，在导电层之间局部的形成高温区，高温将会把导电层之间熔融成一些小孔，从而造成漏电，死灯，电性飘移等现象。由于Al2O3 衬底的绝缘特性，使在其上外延生长的LED芯片正负电极均位于芯片上面，间距很小，对静电的承受能力很小，极易被静电击穿，使器件失效。GaN基LED和传统LED相比，抗静电能力差是其鲜明的缺点，静电导致的失效问题已成为影响产品合格率和使用推广的核心问题。为了提高GaN/Al2O3 LED的防静电能力，人们在LED外延生长，芯片制造中尝试多种方法包括：采用SiN/GaN多缓冲层生长技术以有效降低GaN外延层的位错密度；在LED内并联肖特基二极管； 在p-GaN 中采用反向平行排列的Ga-极性面和N-极性面并联阵列；金属氧化物半导体电容集成等；同时对LED接触者，LED使用环境以及在LED包装、运输和存储过程中需要采取相应的防静电措施。目前采用的提高LED 防静电能力的方法存在工艺流程相对复杂，附加成本高，而且效果有限等问题。如何采用工艺简单，附加成本低的方法有效提高LED的抗静电能力成为业界关注的热点。

GaN基LED的等效模型可以认为由一个理想二极管和一个内建电容并联组成。由于LED静电放电能量消耗是和其电容成反比关系，因此内建电容较高的GaN基LED 相对不易受到静电放电的影响而损伤。p-i-n LED 的电容是可以看成是以耗尽层厚度为间距的平行板电容器，耗尽层厚度由激活的受主浓度和施主浓度决定，耗尽层厚度随激活的受主浓度或施主浓度的增加而减小。耗尽层厚度的变化将会直接影响p-i-n LED 的电容。本发明通过在LED InGaN/GaN多量子阱有源区两侧引入n型插入层和p型插入层，同时通过控制插入层材料，n型掺杂浓度，p型掺杂浓度来控制插入层激活的施主浓度和受主浓度，进而实现增加p-i-n LED内建电容，提高LED抗静电能力的目的。