基于c面藍(lán)寶石襯底上Ga極性黃光LED材料及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體材料，可用于制作GaN黃光LED產(chǎn)品O
技術(shù)背景
[0002]H1-V族氮化物半導(dǎo)體材料在光電子和微電子領(lǐng)域都取得了巨大的進(jìn)步。氮化鎵具有直接帶隙、熱導(dǎo)率高、電子飽和迀移率高、發(fā)光效率高、耐高溫和抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，在短波長(zhǎng)藍(lán)光一紫外光發(fā)光器件、微波器件和大功率半導(dǎo)體器件等方面有巨大的應(yīng)用前景，理論上講，通過(guò)調(diào)節(jié)In的組分，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可見光波長(zhǎng)的全覆蓋。
[0003]2014年，Chunhua Du等人提出了在c面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)黃綠光InGaN/GaN量子講結(jié)構(gòu)的方案，參見 Enhancing the quantum efficiency of InGaN yellow-greenlight—emitting d1des by growth interrupt1n， Applied Physics Letters, 2014，105(7):071108-071108_4。該方案中較高的In組分需要較低的生長(zhǎng)溫度，同時(shí)，在InGaN和GaN之間存在較大的應(yīng)力，導(dǎo)致GaN的結(jié)晶質(zhì)量降低，器件性能退化，而且InGaN/GaN的生長(zhǎng)工藝復(fù)雜，生長(zhǎng)效率低，制作成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提供一種基于c面藍(lán)寶石襯底上Ga極性黃光LED材料及其制作方法，以簡(jiǎn)化工藝復(fù)雜度，提高生長(zhǎng)效率，降低成本，提高LED器件性能。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)關(guān)鍵是:采用MOCVD的方法，通過(guò)引入C摻雜，使C元素替換N元素形成深能級(jí)，提供復(fù)合能級(jí)，C雜質(zhì)可以通過(guò)C源引入，也可以通過(guò)控制工藝?yán)肕OCVD中的C雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)。
[0006]—.本發(fā)明基于c面藍(lán)寶石襯底上Ga極性黃光LED材料，自上而下分別為P型GaN層，有源層，AlGaN阻擋層，成核層和c面藍(lán)寶石襯底，其特征在于有源層使用C摻雜和Si摻雜的η型GaN層，以在GaN中引入C的深能級(jí)，為發(fā)黃光的電子、空穴提供復(fù)合平臺(tái)。
[0007]進(jìn)一步，C摻雜的濃度為I X 117Cm 3?4X 10 19cm 3，Si摻雜的濃度為5 X 117Cm 3?5 X 119Cm 3O
[0008]進(jìn)一步，P型GaN層的厚度為0.01-10 μ m。
[0009]進(jìn)一步，AlGaN阻擋層的厚度為5_200nm。
[0010]進(jìn)一步，η型GaN層的厚度為0.2-100 μ m。
[0011]二.本發(fā)明基于c面藍(lán)寶石襯底上Ga極性黃光LED材料的制作方法，包括如下步驟:
[0012](I)將c面藍(lán)寶石襯底置于金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積MOCVD反應(yīng)室中，并向反應(yīng)室通入氫氣與氨氣的混合氣體，對(duì)襯底進(jìn)行熱處理，反應(yīng)室的真空度小于2 X 10 2Torr,襯底加熱溫度為850-1170°C，時(shí)間為7-15min，反應(yīng)室壓力為20_750Torr ；
[0013](2)在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)厚度為10-200nm，溫度為480-680 °C的低溫成核層；
[0014](3)在低溫成核層之上生長(zhǎng)厚度為O. 2-100 μπι，Si摻雜濃度為5Χ 1017cm 3?5 X IO19Cm 3，C 摻雜濃度為 I X IO17Cm 3?4Χ 10 19cm 3，溫度為 870-1120°C 的高溫 η 型 Ga 極性GaN有源層；
[0015](4)在η型Ga極性GaN有源層上生長(zhǎng)厚度為5_200nm，溫度為950_1200°C的高溫AlGaN阻擋層；
[0016](5)在AlGaN阻擋層之上生長(zhǎng)厚度為O. 01-10 μ m，Mg摻雜濃度為I X 1017cm 3?5 X IO19Cm 3，溫度為870-1120°C的高溫p型Ga極性GaN層。
[0017]本發(fā)明由于采用C摻雜和Si摻雜的η型Ga極性GaN作為有源層，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0018]I.避免了傳統(tǒng)LED結(jié)果中的InGaN量子阱生長(zhǎng)，簡(jiǎn)化了工藝步驟，提高了生長(zhǎng)效率。
[0019]2.避免了 InGaN的存在引起材料晶格失配大的冋題，提尚了材料的質(zhì)量，從而提高LED器件的性能。
[0020]3.可以直接利用MOCVD中的Ga源中的C作為C源，降低了生產(chǎn)成本。
[0021]本發(fā)明的技術(shù)方案和效果可通過(guò)以下附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖I是本發(fā)明基于c面藍(lán)寶石襯底上Ga極性黃光LED材料結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明制作基于c面藍(lán)寶石襯底上Ga極性黃光LED材料的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的黃光LED材料設(shè)有四層，其中第一層為襯底，采用c面藍(lán)寶石；第二層為成核層，采用厚度為10-200nm的AlN ;第三層為有源層，采用厚度為O. 2-100 μ m的C摻雜和Si摻雜的η型Ga極性GaN層，其中C摻雜的濃度為I X IO17Cm 3?4X 10 19cm 3，Si摻雜的濃度為5 X IO17Cm 3?5 X 10 19cm 3，由于在GaN中引入了 C摻雜，因此在GaN中會(huì)形成深能級(jí)，為發(fā)黃光的電子、空穴提供了復(fù)合的平臺(tái)；第四層為厚度為5-200nm的AlGaN阻擋層；第五層為P型GaN層，采用厚度為O. 01-10 μ m，摻雜濃度為I X IO17Cm 3?5 X 10 19cm 3的Mg摻雜Ga極性GaN。
[0025]參照?qǐng)D2，本發(fā)明制作基于c面藍(lán)寶石襯底上Ga極性黃光LED材料的方法，給出如下三種實(shí)施例：
[0026]實(shí)施例1，制作C摻雜濃度為I X IO18Cm 3、Si摻雜濃度為2X 10lscm 3的η型Ga極性GaN有源層的LED材料。
[0027]步驟1，對(duì)襯底基片進(jìn)行熱處理。
[0028]將c面藍(lán)寶石襯底置于金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積MOCVD反應(yīng)室中，并向反應(yīng)室通入氫氣與氨氣的混合氣體，在反應(yīng)室的真空度小于2 X 10 2Torr,襯底加熱溫度為1050°C，時(shí)間為lOmin，反應(yīng)室壓力為35Torr的條件下，對(duì)襯底基片進(jìn)行熱處理。
[0029]步驟2，生長(zhǎng)AlN成核層。
[0030]將熱處理后的襯底基片溫度降低為580°C，向反應(yīng)室通入流量為5 ymol/min的鋁源、流量為1200sCCm氫氣和流量，2400sCCm的氨氣，在保持壓力，40Torr的條件下生長(zhǎng)厚度為20nm的低溫AlN成核層。
[0031]步驟3，生長(zhǎng)C摻雜和Si摻雜的η型Ga極性GaN有源層。
[0032]向反應(yīng)室通入流量為15 μ mol/min的鎵源、流量為1200sccm氫氣和流量，3000sccm的氨氣，保持反應(yīng)室壓力為35Torr，溫度為1050°C，取C摻雜濃度為I X 10lscm 3，Si摻雜濃度為2 X IO18Cm 3，在低溫AlN成核層上生長(zhǎng)厚度為3 μ m的η型Ga極性GaN有源層。
[0033]步驟4，生長(zhǎng)AlGaN阻擋層。
[0034]向反應(yīng)室通入流量為5 μ mol/min的招源、12 μ mol/min的鎵源、流量為1200sccm氫氣和流量為2500sccm的氨氣，保持壓力為35Torr，溫度為1050°C，在η型Ga極性GaN有源層上生長(zhǎng)厚度為IOnm的AlGaN阻擋層。
[0035]步驟5，生長(zhǎng)P型Ga極性GaN層。
[0036]將已經(jīng)生長(zhǎng)了 AlGaN阻擋層的基片溫度保持在1000°C，向反應(yīng)室通入流量為15 μ mol/min的鎵源、流量為1200sccm氫氣，流量為3000sccm的氨氣和流量為9 μ mol/min的Mg源，保持壓力為35Torr，溫度為980 °C，生長(zhǎng)厚度為200nm的p型Ga極性GaN層，形成Ga極性GaN材料，并從MOCVD反應(yīng)室中取出。
[0037]實(shí)施例2，制作C摻雜濃度為I X IO17Cm 3、Si摻雜濃度為5 X IO17Cm 3的η型Ga極性GaN有源層的LED材料。
[0038]本實(shí)例的實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0039]步驟Α，將c面藍(lán)寶石襯底置于金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積MOCVD反應(yīng)室中，并向反應(yīng)室通入氫氣與氨氣的混合氣體，在反應(yīng)室的真空度小于2Χ 10 2Torr,襯底加熱溫度為850°C，時(shí)間為7mi