[发明专利]基于γ面LiAlO2衬底上黄光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

氮化镓以及Ш-V族氮化物具有直接带隙、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，理论上讲，通过调节In的组分，可以实现对可见光波长的全覆盖，在光电子和微电子领域都取得了巨大的进步。尤其在短波长蓝光—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。

1999年P.Waltereit等人提出在γ面LiAlO₂衬底上生长紫光和蓝光的LED全结构的方案，参见Violet and blue emitting(In,Ga)N/GaN multiple quantum wells grown onγ- LiAlO₂(100)by radio frequency plasma-assisted molecular beam epitaxy，Applied Physics Letters，75,2029(1999)。该方案使用InGaN/GaN量子阱作为有源区，由于InGaN需要较低的生长温度，InGaN/GaN量子阱会在界面处产生较大的应力，这会导致GaN的结晶质量降低，退化器件的性能，同时，该方案使用的InGaN/GaN量子阱的生长工艺复杂，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，提供一种基于γ面LiAlO₂衬底上黄光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，使C元素替换N元素形成深能级，提供复合能级，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。

一.本发明基于γ面LiAlO₂衬底上黄光LED材料，自上而下分别为p型GaN层，有源层，成核层和γ面LiAlO₂衬底，其特征在于有源层使用C掺杂和O掺杂的n型m 面GaN层，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^-3～2×10¹⁹cm^-3，O掺杂的浓度为3×10¹⁷cm^-3～3 ×10¹⁹cm^-3。

进一步，p型GaN层的厚度为0.01-10μm。

进一步，n型m面GaN层的厚度为0.2-100μm。

二.本发明基于γ面LiAlO₂衬底上黄光LED材料的制作方法，包括如下步骤：

(1)将γ面LiAlO₂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800-1100℃，时间为5-10min，反应室压力为20-760Torr；

(2)在γ面LiAlO₂衬底上生长厚度为10-200nm，温度为400-600℃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3×10¹⁷cm^-3～3× 10¹⁹cm^-3，C掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3～2×10¹⁹cm^-3，温度为800-1050℃的高温n型m面 GaN有源层；

(4)在n型m面GaN有源层之上生长厚度为0.01-10μm，Mg掺杂浓度为2× 10¹⁷cm^-3～3×10¹⁹cm^-3，温度为800-1050℃的高温p型m面GaN层。

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

1.利用MOCVD中的Ga源中的C作为C源，利用LiAlO₂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，简化了工艺步骤，提高了生长效率。