[发明专利]非Si掺杂无InGaN黄光LED材料及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及一种LED半导体材料，可用于制作GaN黄光LED产品。

技术背景

Ш-V族氮化物半导体材料具有直接带隙、热导率高、电子饱和迁移率高、发光效率高、耐高温和抗辐射等优点，在短波长蓝光—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。通过调节In的组分，理论上讲，可以实现对可见光波长的全覆盖。近年来，在光电子和微电子领域都取得了巨大的进步。

2014年D.Kundys等人提出在r面蓝宝石衬底上生长InGaN/GaN量子阱结构的方案，参见Polarized photoluminescence excitation spectroscopy of a-plane InGaN/GaN multiple quantum wells grown on r-plane sapphire，Journal of Applied Physics,2014,115(11):113106。该方案中InGaN/GaN量子阱结构生长工艺复杂，生长效率低，成本高，同时，该方案中InGaN较高的In组分，需要低的生长温度，同时会产生较大的应力，导致GaN的结晶质量降低，在材料中产生缺陷，应用于器件中会影响器件的性能。而且量子阱结构的生长工艺复杂，生长效率低，成本高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种非Si掺杂无InGaN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。

实现本发明目的技术关键是：采用MOCVD的方法，通过引入C掺杂和O掺杂，使C元素替换N元素形成深能级，提供复合能级，O掺杂在GaN中为施主能级，使GaN形成n型；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，O掺杂可以通过蓝宝石衬底中的O扩散实现。

一.本发明非Si掺杂无InGaN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O掺杂的n型GaN层，以在GaN中引入C的深能级，为发黄光的电子、空穴提供复合平台。

进一步，C掺杂的浓度为1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，O掺杂的浓度为2×10¹⁷cm^-3～2×10¹⁹cm^-3。

进一步，p型GaN层的厚度为0.01-10μm。

进一步，n型GaN层的厚度为0.2-100μm。

二.本发明非Si掺杂无InGaN黄光LED材料及其制作方法，包括如下步骤：

(1)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2×10^-2Torr，衬底加热温度为950-1250℃，时间为5-10min，反应室压力为20-760Torr；

(2)在r面蓝宝石衬底上生长厚度为10-200nm，温度为550-750℃的低温成核层；

(3)在低温成核层之上生长厚度为0.2-100μm，O掺杂浓度为2×10¹⁷cm^-3～2×10¹⁹cm^-3，C掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，温度为950-1200℃的高温n型GaN有源层；

(4)在n型GaN有源层之上生长厚度为0.01-10μm，Mg掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3～5×10¹⁹cm^-3，温度为950-1200℃的高温p型GaN层。

本发明由于采用C掺杂和O掺杂的n型GaN作为有源层，与现有技术相比具有如下优点：

1.直接利用MOCVD中的Ga源中的C作为C源，并且利用蓝宝石衬底中的O扩散作为O源，降低了生产成本。

2.避免了传统LED结果中的InGaN量子阱生长，不仅简化了工艺步骤，而且提高了生长效率。

3.避免了InGaN的存在引起材料晶格失配大的问题，提高了材料的质量，从而提高LED器件的性能。