[发明专利]基于c面蓝宝石衬底上N面黄光LED结构及其制作方法

说明书

技术领域

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

技术背景

氮化镓具有直接带隙、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。理论上讲，通过调节氮化镓中的In的组分，可实现对可见光波长的全覆盖。

2007年S.Keller等人提出了使用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长N面InGaN/GaN量子阱结构的方案，参见Growth and characterization of N-polar InGaN/GaN multiquantum wells，Applied physics letters，90.19(2007):1908。该方案中量子阱的生长工艺复杂，生长效率低，导致制作成本高，而且InGaN/GaN界面会因为晶格失配产生较大的应力，导致GaN的结晶质量退化，应用于器件中会影响器件的性能。

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c面蓝宝石衬底上N面黄光LED结构及其制作方法，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c面蓝宝石衬底上N面黄光LED材料，自上而下分别为p型GaN层，有源层，AlGaN阻挡层，成核层和c面蓝宝石衬底，其特征在于有源层使用C掺杂和Si掺杂的n型N面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^-3～4×10¹⁹cm^-3，Si掺杂的浓度为5×10¹⁷cm^-3～5×10¹⁹cm^-3。

进一步，p型GaN层的厚度为0.01-10μm。

进一步，AlGaN阻挡层的厚度为5-200nm。

进一步，n型GaN层的厚度为0.2-100μm。

二.本发明基于c面蓝宝石衬底上N面黄光LED结构的制作方法，包括如下步骤：

(1)将c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850-1170℃，时间为5-30min，反应室压力为20-750Torr；

(2)在蓝宝石衬底上生长厚度为10-200nm，温度为480-680℃的低温成核层；

(3)在低温成核层之上生长厚度为0.2-100μm，Si掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3～5×10¹⁹cm^-3，C掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3～4×10¹⁹cm^-3，温度为870-1120℃的高温n型N面GaN有源层；

(4)在n型N面GaN有源层上生长厚度为5-200nm，温度为950-1200℃的高温AlGaN阻挡层；

(5)在AlGaN阻挡层之上生长厚度为0.01-10μm，Mg掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3～5×10¹⁹cm^-3，温度为870-1120℃的高温p型N面GaN层。

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

1.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。

2.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。

3.可以直接利用MOCVD中的Ga源中的C作为C源，降低了生产成本。

本发明的技术方案和效果可通过以下附图和实施例进一步说明。

附图说明

图1是本发明基于c面蓝宝石衬底上N面黄光LED结构结构示意图；