專利名稱：一種半導體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，更具體地說，涉及一種基于氮化鎵(GaN)及其化合物的、可用于發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)的半導體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在本申請人于2003年4月16日提出的中國發(fā)明專利申請“復合量子阱結(jié)構(gòu)高亮度GaN基藍光LED外延片生長方法”(申請?zhí)?3118956.3)中，提出了一種復合量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管(LED)外延片生長方法，其中公開了一種采用MOCVD(金屬有機物化學氣相沉積)技術(shù)外延生長的GaN基LED半導體結(jié)構(gòu)，包括襯底層上的緩沖層、不摻雜的uGaN層、n型GaN:Si層、多量子阱層、以及p型GaN:Mg層。通過這種LED半導體結(jié)構(gòu)，在一定的激發(fā)電流(例如20mA)下，可以激發(fā)出波長為455-475nm的藍光。
由于這種LED半導體結(jié)構(gòu)的多量子阱層非常薄，而且對MOCVD生長環(huán)境的波動非常敏感，因此在實際的生長過程中，很難出現(xiàn)上述理想的LED半導體結(jié)構(gòu)，例如出現(xiàn)n型GaN:Si層與復合量子阱層的界面不清晰，其中所摻雜的Si進入并甚至貫穿復合量子阱層，眾所周知，Si元素的摻入顯然會導致出現(xiàn)LED反向漏電等問題；另外，晶體生長時不可避免地會存在缺陷，例如位錯特別是螺位錯的出現(xiàn)，如果摻雜Si不理想的話，Si會在例如螺位錯貫穿LED結(jié)構(gòu)時隨同位錯一起貫穿半導體結(jié)構(gòu)，導致n層與p層的局部“導通”，給LED結(jié)構(gòu)的光電特性帶來很大的副面影響。其中的一個副面影響就是LED的反向漏電，在正常的產(chǎn)品中，如果LED結(jié)構(gòu)在5V電壓、20mA電流下工作，理想情況下漏電應該為零，但實際情況并非如此，由于上述原因，一般都會出現(xiàn)一定的漏電電流，這將會限制半導體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的光電特性和使用條件，并顯著地降低發(fā)光二極管的抗光衰減性能和使用壽命。根據(jù)生產(chǎn)和應用的要求，在上述工況下，一般反向漏電電流最好不超過1μA，最大反向漏電電流不能超過10μA。但在現(xiàn)有技術(shù)的LED結(jié)構(gòu)中，經(jīng)常會出現(xiàn)反向漏電在5V電壓、20mA電流下工作時反向漏電超過1μA甚至10μA的情況，大大降低了LED結(jié)構(gòu)的可靠性和生產(chǎn)的良品率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)上述問題，提供一種新的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種新的LED結(jié)構(gòu)，它能夠顯著地降低LED工作時的漏電電流，同時又不會導致LED的其他性能下降。具體地說，本發(fā)明提供的半導體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括襯底層上的緩沖層、uGaN層、n型GaN:Si層、多量子阱層、以及p型GaN:Mg層，其特征在于，在所述多量子阱層與所述p型GaN:Mg層之間生長一層uGaN隔層。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，在多量子阱層與n型GaN:Si層之間生長一層不摻雜的uGaN隔層，從界面上將多量子阱層與n型GaN:Si層從物理上分隔開。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在多量子阱層與p型GaN:Mg層之間生長一層不摻雜的uGaN隔層，從界面上將多量子阱層與p型GaN:Mg層從物理上分隔開。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，同時在多量子阱層與n型GaN:Si層之間、以及多量子阱層與p型GaN:Mg層之間均生長一層不摻雜的uGaN隔層。
通過上述設(shè)置，就可以提供一種低漏電、高良率的LED結(jié)構(gòu)。
實施本發(fā)明的LED結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)的LED相比，可以顯著地降低LED芯片的反向漏電電流Ir，并提高LED芯片的良品率。本發(fā)明的二極管結(jié)構(gòu)可應用于發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)。
具體實施例方式
下面通過具體實施例來更詳細地介紹本發(fā)明。
實施例1利用英國Thomas Swan公司生產(chǎn)的TS-19型CCS-MOCVD機器，在襯底上外延生長LED結(jié)構(gòu)，采用的襯底是日本京瓷公司生產(chǎn)的直徑50mm的藍寶石襯底，反應用原物料為三甲基鎵、三甲基鋁、三甲基鎂、三甲基銦(江蘇南大光電公司提供)；高純氫氣、氮氣、高純氨和硅烷(深圳中宏氣體公司提供)；這些原材料也可從市場上的其它廠家買到。
外延生長的LED結(jié)構(gòu)為襯底層上的緩沖層、uGaN層、n型GaN:Si層、uGaN隔層、多量子阱層、以及p型GaN:Mg層。所采用的工藝路線為1)緩沖層生長反應溫度500-800℃，反應腔壓力76-250Torr，載氣流量為10-30升/分鐘，三甲基鎵流量為20-120微摩爾/分鐘，氨氣流量為20-80摩爾/分鐘。時間為0.1-20分鐘。
2)uGaN層生長反應溫度950-1150℃，反應腔壓力76-250Torr，載氣流量為5-20升/分鐘，三甲基鎵流量為80-400微摩爾/分鐘，氨氣流量為200-800摩爾/分鐘。時間為20-60分鐘。
3)GaN:Si層生長反應溫度950-1150℃，反應腔壓力76-250Torr，載氣流量為5-20升/分鐘，三甲基鎵流量為80-400微摩爾/分鐘，氨氣流量為200-800摩爾/分鐘，硅烷流量為0.2-2.0納摩爾/分鐘。時間為10-30分鐘。
4)UGaN隔層生長反應溫度950-1150℃，反應腔壓力76-250Torr，載氣流量為5-20升/分鐘，三甲基鎵流量為80-400微摩爾/分鐘，氨氣流量為200-800摩爾/分鐘。時間為0.1-5分鐘。
5)多量子阱層生長阱層反應溫度700-900℃，反應腔壓力100-500Torr，載氣流量為5-20升/分鐘，氨氣流量為200-800摩爾/分鐘，三甲基鎵流量為0.1-1.0微摩爾/分鐘，三甲基銦流量為10-50微摩爾/分鐘。時間為0.1-5分鐘。
壘層反應溫度700-900℃，反應腔壓力100-500Torr，載氣流量為5-20升/分鐘，氨氣流量為200-800摩爾/分鐘，三甲基鎵流量為10-50微摩爾/分鐘，三甲基銦流量為5-30微摩爾/分鐘。時間為0.1-5分鐘。
6)p型GaN:Mg層生長反應溫度950-1100℃，反應腔壓力76-250Torr，載氣流量為5-20升/分鐘，三甲基鎵流量為80-400微摩爾/分鐘，氨氣流量為200-800摩爾/分鐘，三甲基鎂流量為0.5-5.0微摩爾/分鐘。時間為10-50分鐘。
實施例2
外延生長的LED結(jié)構(gòu)為襯底層上的緩沖層、uGaN層、n型GaN:Si層、多量子阱層、uGaN隔層、p型GaN:Mg層。生長各結(jié)構(gòu)層時所采用的工藝路線與實施例1中的相同，在這里不再贅述。與實施例1不同之處在于，將uGaN隔層設(shè)置在多量子阱層與p型GaN:Mg層之間。
實施例3外延生長的LED結(jié)構(gòu)為襯底層上的緩沖層、uGaN層、n型GaN:Si層、uGaN隔層、多量子阱層、uGaN隔層、p型GaN:Mg層。生長各結(jié)構(gòu)層時所采用的工藝路線與實施例1中的相同，在這里不再贅述。與實施例1不同之處在于，在實施例1的LED層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在多量子阱層與p型GaN:Si層之間另外生長一層uGaN隔層，其生長工藝條件與實施例1中的相同。
比較示例1外延生長的LED結(jié)構(gòu)為襯底層上的緩沖層、uGaN層、n型GaN:Si層、多量子阱層、p型GaN:Mg層。與實施例1不同之處在于，在實施例1的LED層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，不加入任何uGaN隔層，其余的生長工藝條件與實施例1中的相同，在這里不再贅述。
將上述三個實施例和比較示例1的LED結(jié)構(gòu)制作成14密耳的標準芯片，采用公司提供的KEITHLEY2400型光電測試儀，在20毫安的工作電流下測試上述三個實施例和比較示例1的LED芯片的光電特性。
為了保證測試結(jié)果的準確性，將采用上述三個實施例和比較示例1工藝所生長的LED結(jié)構(gòu)的外延片分別按照相同的14密耳標準工藝制作成芯片，每個測試各取100顆上述LED芯片進行，測量其平均值，結(jié)果比較如下

從上述結(jié)果分析，可以明顯地看出，通過適當?shù)丶尤雞GaN隔層，可以顯著地降低LED芯片的反向漏電電流Ir，并提高LED芯片的良率。因此，本發(fā)明對于提高LED芯片的性能特別是反向漏電性能以及芯片制造的良品率，均取得了非常顯著的效果。
盡管已經(jīng)結(jié)合實施例介紹了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員完全可以理解，基于相同的原理，本發(fā)明也可以應用到基于氮化鎵(GaN)及其化合物的的激光二極管(LD)結(jié)構(gòu)上來。
權(quán)利要求
1.一種半導體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括襯底層上的緩沖層、uGaN層、n型GaNSi層、多量子阱層、以及p型GaN:Mg層，其特征在于，在所述多量子阱層與所述p型GaN:Mg層之間生長一層uGaN隔層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括在所述多量子阱層與所述n型GaN:Si層之間生長一層uGaN隔層。
3.一種半導體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括襯底層上的緩沖層、uGaN層、n型GaN:Si層、多量子阱層、以及p型GaN:Mg層，其特征在于，在所述多量子阱層與所述n型GaN:Si層之間生長一層uGaN隔層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的半導體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述半導體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)是基于氮化鎵(GaN)及其化合物的發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的半導體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述半導體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)是基于氮化鎵(GaN)及其化合物的激光二極管(LD)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種半導體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，提供了一種外延生長的LED結(jié)構(gòu)，包括在傳統(tǒng)的LED結(jié)構(gòu)即襯底層上的緩沖層、uGaN層、n型GaN∶Si層、多量子阱層以及p型GaN∶Mg層的基礎(chǔ)上，在多量子阱層與p型GaN∶Mg層之間，或多量子阱層與n型GaN∶Si層之間，或者同時在上述兩個界面之間生長不摻雜的uGaN隔層，從界面上將多量子阱層與n型GaN∶Si層從物理上分隔開。結(jié)果表明，本發(fā)明的LED結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)的LED相比，可以顯著地降低LED芯片的反向漏電電流Ir，并提高LED芯片的良品率。本發(fā)明的二極管結(jié)構(gòu)可應用于發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)。
文檔編號H01S5/343GK1779997SQ20041005232
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者嚴志軍 申請人:方大集團股份有限公司