[发明专利]一种基于碳面SiC衬底的垂直结构氮极性GaN基绿光LED芯片及其制备方法

摘要

一种基于碳面SiC衬底的垂直结构氮极性GaN基绿光LED及其制备方法，属于半导体发光器件领域。其依次由下电极层、n型带有斜切角的碳面SiC衬底、n‑Al_x0Ga_1‑x0N导电缓冲层、n‑GaN电子提供层、InGaN基量子阱有源区、p‑Al_x1Ga_1‑x1N电子阻挡层、p‑GaN空穴注入层和上电极层构成。采用碳面SiC作为衬底，以获得氮极性的GaN基绿光LED器件，与传统的镓极性GaN器件相比，氮极性LED结构设计更有利于器件效率的提高。氮极性LED结构中电子阻挡层内的极化电场和外加正向偏压方向一致，有助于空穴的注入，降低器件的开启电压。同时，垂直结构LED可有效避免电流拥堵效应。本发明方法可以获得高效的GaN基绿光LED，进一步促进了GaN基绿光LED发展及其应用。

主权项

1.一种基于碳面SiC衬底的垂直结构氮极性GaN基绿光LED芯片，其从下至上依次由下电极层(8)、n型的带有斜切角为2～4°的碳面SiC衬底(1)、n‑Alx0Ga1‑x0N导电缓冲层(2)、n‑GaN电子提供层(3)、多量子阱有源层(4)、p‑Alx1Ga1‑x1N电子阻挡层(5)、p‑GaN空穴注入层(6)和上电极层(7)构成，其中0.2≤x0、x1≤0.4；其特征在于：n‑GaN电子提供层(3)为两层结构，即低温n‑GaN层和高温n‑GaN层；InGaN基量子阱有源层 (4)由阱层Inx2Ga1‑x2N和垒层GaN交替生长组成，对数在2～5对之间，0.2≤x2≤0.3；且该芯片由如下步骤制备得到，(1)在n型的带有斜切角的碳面SiC衬底(1)上采用MOCVD方法依次外延生长n‑Alx0Ga1‑x0N导电缓冲层(2)、n型GaN电子提供层(3)、InGaN基量子阱有源层 (4)、p‑Alx1Ga1‑x1N电子阻挡层(5)、p‑GaN空穴注入层(6)；生长温度为710～1100℃，生长压强为100～400mbar，并利用硅烷和二茂镁分别进行n型和p型掺杂，掺杂浓度为1017～1020/cm3；其中，n‑GaN电子提供层(3)采用的是两步温度生长法制备，即先于850～980℃下在n‑Alx0Ga1‑x0N导电缓冲层(2)上外延生长100～200nm厚的低温GaN层，再在1050～1150℃下继续外延生长2～3μm厚的高温n‑GaN层；(2)在p‑GaN空穴注入层(6)上制备上电极层(7)，在n‑SiC衬底背面制备下电极层(8)，从而制备得到基于碳面SiC衬底的垂直结构氮极性GaN基绿光LED芯片。