專利名稱：一種氮化鎵基ⅲ-ⅴ族化合物半導(dǎo)體led外延片及其生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED領(lǐng)域，更具體地涉及一種氮化鎵基III-V族化合物半導(dǎo)體LED外 延片及其生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
高亮度發(fā)光二極管(LED)作為一種高效、環(huán)保、綠色新型固態(tài)照明光源，由于其具 有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、可靠性高、以及使用電壓低且功耗低的優(yōu)點(diǎn)，正在迅速廣泛地得 到應(yīng)用。以GaN為基礎(chǔ)的高亮度發(fā)光二極管(LED)在生活中的應(yīng)用隨處可見，如交通信號(hào) 燈、手機(jī)背光源、戶外全彩顯示屏、城市景觀照明、汽車內(nèi)外燈、隧道燈等。隨著GaN基LED 亮度的不斷提高，LED的應(yīng)用范圍從傳統(tǒng)的小型發(fā)光產(chǎn)品逐步變化為家用照明產(chǎn)品。目前，以GaN為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體材料的外延生長(zhǎng)主要應(yīng)用有機(jī)化學(xué)金屬氣相淀積法 (MOCVD)來實(shí)現(xiàn)。結(jié)合圖1中GaN基LED外延片的結(jié)構(gòu)示意圖，進(jìn)一步闡述現(xiàn)有技術(shù)中利用 MCOVD生長(zhǎng)氮化物(GaN、A1N、InN等)的方法，該方法包括如下步驟以高純的H2或N2或氫氮混合氣體作為載氣，在壓力為76-780Torr，在 1000-1100°C高溫處理藍(lán)寶石襯底5-20分鐘；將溫度降至480-550°C，在藍(lán)寶石襯底1 ‘上生長(zhǎng)厚度為10-50nm的低溫緩沖氮化 鎵層2'；升高溫度至1000-1100°C，在低溫緩沖氮化鎵層2'上持續(xù)生長(zhǎng)1-2. 5 μ m的不摻 雜氮化鎵層3' (UGaN)；保持溫度，在不摻雜氮化鎵層3'上持續(xù)生長(zhǎng)2_4μπι的η型摻Si的氮化鎵層 4' (nGaN)；如圖1和圖2所示，升高溫度至T 1'，T 1' = 700°C _800°C，在η型摻Si的氮 化鎵層4'上生長(zhǎng)摻銦的氮化鎵阱層51'，升高溫度Τ2'，Τ2' = 800°C-1000°C在摻銦的 氮化鎵阱層51'上生長(zhǎng)不摻雜氮化鎵壘層53'，阱層與壘層組成一組量子阱壘，重復(fù)生長(zhǎng) 一組或多組量子阱壘，形成有源層；在完成有源層的生長(zhǎng)后，將溫度升高到950-1050°C持續(xù)生長(zhǎng)20-80nm的ρ型鋁鎵 氮層6'；降低溫度至900-1000°C，在P型鋁鎵氮層6'上持續(xù)生長(zhǎng)0. 1-0. 5 μ m的摻鎂的ρ
型氮化鎵層7'；降低溫度至600-700°C，在摻鎂的ρ型氮化鎵層7 ‘上生長(zhǎng)5-lOnm的低溫?fù)芥V銦
鎵氮層8'；降低溫度至600-750°C，在氮?dú)鈿夥障?，持續(xù)時(shí)間10_30分鐘，活化ρ型鋁鎵氮層。然而，這種LED由于其尺寸較小，對(duì)靜電甚為敏感，極易因靜電放電而損壞，使得 在應(yīng)用過程中經(jīng)常遇到死燈或壽命短等現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抗靜電能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)的氮 化鎵基III-V族化合物半導(dǎo)體LED外延片。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種氮化鎵基III-V族化合物半導(dǎo)體LED外延片的生 長(zhǎng)方法，其具有工藝簡(jiǎn)單，效果顯著的特點(diǎn)。本發(fā)明是通過如下方案實(shí)施的一種氮化鎵基LED外延片，包括有源層；有源層由 一組或多組量子阱壘組成，量子阱壘自下而上依次包括阱層、高溫壘層、低溫壘層。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述阱層的生長(zhǎng)溫度為Tl，上述高溫壘層的生長(zhǎng)溫度 為T2，上述低溫壘層的生長(zhǎng)溫度為T3，其中，Tl < T3 < T2。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述T2滿足如下關(guān)系式T3+10°C< T2 ^ T3+100°C。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述T3滿足如下關(guān)系式T1+10°C< T3 ^ T1+100°C。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述T 1滿足如下關(guān)系式700°C< Tl < 800°C。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述高溫壘層的生長(zhǎng)厚度為20-200nm。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述低溫壘層的生長(zhǎng)厚度為20-200nm。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述有源層中包括2-14組所述量子阱壘。同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種氮化鎵基III-V族化合物半導(dǎo)體LED外延片的生長(zhǎng)方 法，包括生長(zhǎng)有源層；生長(zhǎng)有源層的包括依序生長(zhǎng)的一組或多組量子阱壘的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)各 量子阱壘步驟包括將溫度調(diào)至Tl生長(zhǎng)阱層；將溫度調(diào)至T2，在阱層上生長(zhǎng)高溫壘層；將 溫度調(diào)至T3，在高溫壘層上生長(zhǎng)低溫壘層；其中，所述Tl < T3 < T2。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述T2滿足如下關(guān)系式T3+10°C< T2 ^ T3+100°C。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述T3滿足如下關(guān)系式T1+10°C< T3 ^ T1+100°C。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述Tl滿足如下關(guān)系式700°C< Tl < 800°C。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述阱層的生長(zhǎng)條件為在溫度Tl，壓力為 300-500mbar下，以N2作為載氣，載氣的流量為40-70標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，持續(xù)90-120秒，得到 厚度為10-50nm的阱層。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述高溫壘層的生長(zhǎng)條件為在溫度T2，壓力為 300-500mbar下，以N2或H2或氫氮混合氣體作為載氣，載氣的流量為40-70標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘， 得到厚度為20-200nm的高溫壘層。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述低溫壘層的生長(zhǎng)步驟為在溫度T3，壓力為 300-500mbar,以N2或H2或氫氮混合氣體作為載氣，載氣的流量為40-70標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，得 到厚度為20-200nm的低溫壘層。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，依序進(jìn)行生長(zhǎng)阱層、高溫壘層以及低溫壘層的步驟，在 有源層形成2-14組所述量子阱壘結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為本發(fā)明所提供的氮化鎵基III-V族化合物半導(dǎo)體LED外延片通 過改變有源層的生長(zhǎng)方法，即先生長(zhǎng)一層高溫壘層，再生長(zhǎng)一層溫度相對(duì)降低的低溫壘層， 生長(zhǎng)兩種不同溫度的壘層來減小由于迅速降溫過程中導(dǎo)致的壘層與阱層界面的應(yīng)力，提高 內(nèi)建電場(chǎng)，進(jìn)而提高外延片的抗靜電能力。根據(jù)本發(fā)明所提供的氮化鎵基LED外延片的生 長(zhǎng)方法具有步驟簡(jiǎn)單、容易操作，效果明顯的特點(diǎn)。
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除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。 下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。


附圖是構(gòu)成本說明書的一部分、用于進(jìn)一步理解本發(fā)明，附圖示出了本發(fā)明的優(yōu) 選實(shí)施例，并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。圖中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中GaN基LED外延片生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中GaN基LED外延片生長(zhǎng)多量子阱層結(jié)構(gòu)的時(shí)間與溫度關(guān)系 曲線；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的GaN基LED外延片生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的GaN基LED外延片生長(zhǎng)多量子阱層結(jié)構(gòu)的時(shí)間與 溫度關(guān)系曲線；圖5 示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的GaN基LED外延片與根據(jù)對(duì)比例的GaN基LED外 延片結(jié)構(gòu)的抗靜電能力比較圖；以及 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的GaN基LED外延片與根據(jù)對(duì)比例的GaN基LED外 延片結(jié)構(gòu)的亮度曲線比較圖。
具體實(shí)施例方式應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對(duì)本發(fā)明提供進(jìn)一步的說明。除非另 有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常 理解的相同含義。傳統(tǒng)的GaN基LED外延片常會(huì)出現(xiàn)漏電、壽命短、抗靜電能力差的不足，為進(jìn)一步 了解這類不足的產(chǎn)生原因，本發(fā)明發(fā)明人對(duì)GaN基LED外延片的生長(zhǎng)過程進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn) 在GaN基LED外延片中有源層的生長(zhǎng)過程中常使用低溫阱，高溫壘的方式進(jìn)行生長(zhǎng)，這樣的 生長(zhǎng)過程中，由于大幅度的溫度變化，會(huì)使得與壘層相連的阱層中各晶?；騺喚ЯＶg產(chǎn) 生不均勻的變形而產(chǎn)生的晶粒或亞晶粒間的內(nèi)應(yīng)力，而所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力而降低已生長(zhǎng)的阱 層的晶格品質(zhì)。進(jìn)而降低壘層俘獲電子的能力，使得電子很容易穿過壘層，導(dǎo)致外延片漏 電、壽命短，抗靜電能力差。為了彌補(bǔ)這一不足，本發(fā)明發(fā)明人對(duì)GaN基LED外延片的結(jié)構(gòu) 以及生長(zhǎng)方法進(jìn)行了改進(jìn)。如圖3所示，在本發(fā)明的一種具體的實(shí)施方式中一種氮化鎵基III-V族化合物半 導(dǎo)體LED外延片，包括有源層，有源層由一組或多組量子阱壘組成，量子阱壘自下而上依次 包括阱層51、高溫壘層52、低溫壘層53。如圖4所示，在本發(fā)明的一種較為優(yōu)選地方式中，有源層中，各阱層51的生長(zhǎng)溫 度為Tl，各高溫壘層52的生長(zhǎng)溫度為T2，各低溫壘層53的生長(zhǎng)溫度為T2，其中，Tl < T3 <T2。在有源層的生長(zhǎng)過程中，為了提高外延片的抗靜電能力，在高溫壘層上生長(zhǎng)阱層的 過程中，添加一層過渡層，稱為低溫壘層，高溫壘層生長(zhǎng)溫度為Τ2，阱層生長(zhǎng)溫度為Tl (Τ2 > Tl)，在溫度Τ2降到溫度Tl的過程中，在溫度為Τ3時(shí)生長(zhǎng)一層低溫緩沖壘層(Tl < Τ3 < Τ2)，在溫度Τ3生長(zhǎng)20s-200s的低溫壘層，通過生長(zhǎng)兩種不同溫度的壘層來減小由于迅 速降溫過程中導(dǎo)致的壘層與阱層界面的應(yīng)力，從而提高內(nèi)建電場(chǎng)，進(jìn)而提高外延片的抗靜電能力。在有源層的生長(zhǎng)過程中，由于生長(zhǎng)溫度的不同，即使在同質(zhì)的氮化鎵單晶材料上 生長(zhǎng)氮化鎵也容易產(chǎn)生大量的位錯(cuò)，這些位錯(cuò)使晶?；騺喚ЯＶg產(chǎn)生不均勻的變形而產(chǎn) 生晶?；騺喚ЯＶg的內(nèi)應(yīng)力。然而，制備氮化鎵體單晶材料非常困難，到目前為止尚未有 行之有效的辦法。通常所使用的襯底并不是同質(zhì)的GaN襯底，導(dǎo)致在生成GaN的過程中，由 于晶格不適配，產(chǎn)生大量的位錯(cuò)，而增加晶?；騺喚ЯＶg的內(nèi)應(yīng)力。導(dǎo)致壘層俘獲電子的 能力的降低，使得電子很容易穿過壘層，導(dǎo)致外延片漏電、壽命短，抗靜電能力差。如GaN和 InN的晶格常數(shù)分別是3. 189埃，3. 548埃。在InxGai_xN和GaN中InxGai_xN受到壓應(yīng)力，在生 長(zhǎng)平面上的晶格受應(yīng)力而發(fā)生應(yīng)變，會(huì)使在生長(zhǎng)方向上的晶格也發(fā)生應(yīng)變，因而在生長(zhǎng)方 向上產(chǎn)生壓電效應(yīng)，使得在InxGai_xN表面和與GaN之間的界面產(chǎn)生靜電荷，這樣在InxGai_xN 和GaN異質(zhì)結(jié)界面的三角形勢(shì)阱中出現(xiàn)二維電子氣以補(bǔ)償界面上相反的靜電荷，而且面電 子密度很高，電子不受雜質(zhì)的散射，因而遷移率很高，內(nèi)建電場(chǎng)變?nèi)?，電子受?nèi)建電場(chǎng)束縛 力較小，這樣在強(qiáng)電壓作用下，LED芯片很容易被擊穿，抗靜電能力減弱。本發(fā)明提供的生 長(zhǎng)方式，在量子阱層后生長(zhǎng)高溫第一 GaN壘層和低溫第二 GaN壘層，使得兩壘層界面產(chǎn)生張 應(yīng)力，減弱或消除阱層InxGai_xN于第一GaN壘層界面產(chǎn)生的壓應(yīng)力，有效減弱或消除壓電效 應(yīng)，增強(qiáng)內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)電子的束縛力，降低電子在有源層的遷移率，提高GaN基LED外延片的 抗靜電能力。更為優(yōu)選地，生長(zhǎng)高溫壘層所采用的溫度滿足T3+10°C彡T2彡T3+100°C。高溫 壘層生長(zhǎng)溫度T2在此范圍內(nèi)，可生成高質(zhì)量的GaN晶體，降低電子在壘層的遷移率，提高電 子與空穴在阱層的復(fù)合幾率，進(jìn)而提高內(nèi)量子效率，提高外延片亮度。生長(zhǎng)低溫壘層所采 用的溫度滿足T1+10°C彡T3 ^ T1+100°C。低溫壘層生長(zhǎng)溫度T3所設(shè)定的條件，可有效降 低由于迅速降溫過程中導(dǎo)致的壘層與阱層界面的應(yīng)力，減弱或消除壓電效應(yīng)，提高內(nèi)建電 場(chǎng)束縛電子的能力，進(jìn)而提高外延片的抗靜電能力。如低溫壘層溫度偏低，兩壘層GaN晶 體之間位錯(cuò)偏多，電子會(huì)很容易通過大量位錯(cuò)的壘層，達(dá)不到提升外延片抗靜電能力的效 果；如溫度偏高，兩壘層GaN晶體之間張應(yīng)力偏小，內(nèi)建電場(chǎng)偏小，束縛電子能力偏弱，也達(dá) 不到提升外延片抗靜電能力的效果。更為優(yōu)選地，生長(zhǎng)阱層所采用的溫度滿足700°C< Tl
<800 °C。在本發(fā)明的一種具體的實(shí)施方式中一種氮化鎵基III-V族化合物半導(dǎo)體LED外延 片高溫壘層的生長(zhǎng)厚度為20-200nm，低溫壘層的生長(zhǎng)厚度為20-200nm。在本發(fā)明的一種具體的實(shí)施方式中一種氮化鎵基III-V族化合物半導(dǎo)體LED外延 片，其有源層中包括1-20組量子阱壘。通過多個(gè)單量子阱壘層發(fā)光疊加，達(dá)到提升亮度的 效果。同時(shí)，在本發(fā)明的還提供了上述氮化鎵基III-V族化合物半導(dǎo)體LED外延片的生 長(zhǎng)方法，其中，生長(zhǎng)有源層的步驟包括將溫度調(diào)至Tl生長(zhǎng)阱層51 ；將溫度調(diào)至T2，在阱層 51的上生長(zhǎng)高溫壘層52 ；將溫度調(diào)至T3，在高溫壘層上生長(zhǎng)低溫壘層53，其中，溫度滿足 Tl < T3 < T2。優(yōu)選地，高溫壘層52的生長(zhǎng)溫度滿足T3+10°C彡T2彡T3+100°C。低溫壘 層53的生長(zhǎng)溫度滿足T1+10°C彡T3彡T1+100°C。阱層51的生長(zhǎng)溫度滿足700°C< Tl
<800 °C。在本發(fā)明的一種具體的實(shí)施方式中，阱層51的生長(zhǎng)步驟為調(diào)節(jié)溫度至Tl，以N2作為載氣，載氣的流量為40-70標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，壓力為300-500mbar，通入流量為 0. 5X 10_4-1 X 10_4摩爾/分鐘的三甲基銦(TMIn)，流量為2. 1 X 10_5-2· 3 X IO"5的三乙基鎵 (TEGa)，持續(xù)90-120秒內(nèi)生長(zhǎng)10-50nm的摻銦氮化鎵阱層51。在本發(fā)明的一種具體的實(shí)施方式中，高溫壘層52的生長(zhǎng)步驟為將溫度升至 T2，以N2或H2或氫氮混合氣體作為載氣，載氣的流量為40-70標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，壓力為 300-500mbar，通入流量為0. 9 X 1(Γ4_1. 2 X IO"4的TEGa，生長(zhǎng)20_200nm的不摻雜氮化鎵高 溫壘層52。在本發(fā)明的一種具體的實(shí)施方式中，低溫壘層53的生長(zhǎng)步驟為將溫度升至 T3，以N2或H2或氫氮混合氣體作為載氣，載氣的流量為40-70標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，壓力為 300-500mbar，通入流量為0. 9 X 1(Γ4_1. 2 X IO"4的TEGa，生長(zhǎng)20_200nm的不摻雜氮化鎵低 溫壘層53。在本發(fā)明的一種具體的實(shí)施方式中，有源層從下至上包括2-14組量子阱壘。測(cè)試如下分別通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的步驟生長(zhǎng)以及對(duì)比例1中給出的方法生產(chǎn)氮 化鎵基LED外延片，并記錄結(jié)果，進(jìn)行對(duì)比，實(shí)施例1與對(duì)比例1僅是示意性的，用以說明根 據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的方法與對(duì)比例1的方法作出的氮化鎵基LED外延片的區(qū)別。實(shí)施例1 原料采用高純H2或高純N2或高純H2和高純N2的混合氣體作為載氣，高純NH3作 為N源，金屬有機(jī)源三甲基鎵(TMGa)、TEGa作為鎵源，TMIn作為銦源，N型摻雜劑為硅烷 (SiH4)，P型摻雜劑為二茂鎂(Cp2Mg),襯底為(0001)面藍(lán)寶石。器皿AixtronCruis I MOCVD 反應(yīng)室具體操作步驟如下1、高溫處理在MOCVD反應(yīng)室里，通入高純H2，將反應(yīng)室壓力降至150mbar，把0001 面藍(lán)寶石1加熱到1100°c，高溫處理5分鐘-20分鐘；2、氮化處理將溫度降至500°C，將流量為8標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的NH3通入反應(yīng)室，維持 120秒，對(duì)藍(lán)寶石襯底1做氮化處理；3、生長(zhǎng)低溫緩沖氮化鎵層2 將溫度降至500°C，升高壓力為6001^￡11~，在H2氣氛 下，通入流量為8標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的NH3,流量為3. 8 X 10_4摩爾/分鐘的TMGa，流量為80標(biāo) 準(zhǔn)升/分鐘的H2,在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)厚度為30納米的低溫緩沖氮化鎵層2。4、生長(zhǎng)不摻雜氮化鎵層3 將溫度升高至1060°C，降低壓力至300mbar，通入流量 為25標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的NH3,流量為8 X 10_4摩爾/分鐘的TMGa，在低溫緩沖氮化鎵層2上持 續(xù)生長(zhǎng)1-2. 5微米的不摻雜UGaN層3。5、生長(zhǎng)η型摻硅氮化鎵層4 維持溫度與壓力不變，通入流量為25標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘 的NH3,流量為1 X 10_3摩爾/分鐘的TMGa，摻雜流量從5 X 10_7摩爾/分鐘之間漸進(jìn)變化的 SiH4,在不摻雜UGaN層3上生長(zhǎng)厚度為2_4微米的η型摻硅氮化鎵層4 ；6、生長(zhǎng)多量子阱層包括8組量子阱層。每組量子阱層包括阱層51、高溫壘層52 和低溫壘層53。生長(zhǎng)阱層51 將溫度降至740°C，升高壓力至400mbar，切換N2作為載氣，通入流 量為55標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的N2,流量為8 X 10_5摩爾/分鐘的TMIn，流量為2. 3 X 10_5摩爾/分鐘的TEGa，維持生長(zhǎng)100秒，在η型摻硅氮化鎵層上或者是在前一量子阱層中低溫壘層上生 長(zhǎng)厚度為20納米的阱層51 ；生長(zhǎng)高溫壘層52，將溫度升高至850°C，壓力保持不變，通入流量為50標(biāo)準(zhǔn)升/分 鐘的N2,流量為1 X 10_4摩爾/分鐘的TEGa，在阱層上生長(zhǎng)厚度為50納米的不摻雜GaN高 溫壘層52 ；生長(zhǎng)高溫壘層53，將溫度升高到800°C，保持除溫度外的其他生長(zhǎng)條件不變，在高 溫壘層上生長(zhǎng)厚度為50納米不摻雜GaN低溫壘層53。7、生長(zhǎng)ρ型鋁鎵氮層6，將溫度升高到1000°C，壓力降低至150mbar，切換H2/N2混 合氣作為載氣，通入流量為50標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的H2/N2混合氣，其中H2 N2 = 2 1;通入流 量為40標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的NH3，流量為1 X 10_4摩爾/分鐘的TMGa，流量為8 X 10_5摩爾/分 鐘的TMA1，流量為8X 10_7摩爾/分鐘的Cp2Mg,在有源層上生長(zhǎng)厚度為40納米的ρ型鋁鎵 氮層6。8、生長(zhǎng)摻鎂的ρ型GaN層7 將溫度降至950°C，將壓力升至150mbar，所使用的載 氣與載氣的流量不變，通入流量為2X 10_4摩爾/分鐘的TMGa，流量為4. 5X 10_6摩爾/分 鐘的Cp2Mg，在ρ型鋁鎵氮層6上生長(zhǎng)厚度為200納米的摻鎂的ρ型GaN層7。9、生長(zhǎng)摻鎂InGaN層8 將溫度降到650°C，升高壓力至400mbar，切換N2作為載 氣，流量為60標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，通入流量為40標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的NH3,流量為1. 5X ΙΟ"5摩爾/ 分鐘的TEGa,流量為2. 5X 10_5摩爾/分鐘的TMIn,流量為2. 5X 10_6摩爾/分鐘的Cp2Mg， 在摻鎂的P型GaN層7上生長(zhǎng)厚度為8納米的摻鎂InGaN層8。10、活化，最后將溫度降至680°C，壓力升至600mbar，通入流量為80標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘 的N2，對(duì)根據(jù)本發(fā)明所提供的外延片進(jìn)行活化，活化時(shí)間為30分鐘。對(duì)比例原料與實(shí)施例1相同。器皿與實(shí)施例1相同。方法步驟1-5、7_10與實(shí)施例1完全相同。步驟6如下6、生長(zhǎng)多量子阱層包括8組量子阱層。每組量子阱層包括阱層51'、壘層53'。生長(zhǎng)阱層5Γ 將溫度降至740°C，升高壓力至400mbar，切換N2作為載氣，通入 流量為55標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的N2,流量為8 X 10_5摩爾/分鐘的TMIn，流量為2. 3 X 10_5摩爾/ 分鐘的TEGa，維持生長(zhǎng)100秒，在η型摻硅氮化鎵層上或者是在前一量子阱層中壘層上生長(zhǎng) 厚度為20納米的阱層51'； 生長(zhǎng)壘層53 ‘，將溫度升高至850°C，壓力保持不變，通入流量為50標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘 的N2,流量為1X10_4摩爾/分鐘的TEGa，在阱層上生長(zhǎng)厚度為100納米的不摻雜GaN壘層 53'。分別將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所提供的方法生長(zhǎng)的氮化鎵基LED外延片與根據(jù)對(duì)比 例方法生長(zhǎng)的氮化鎵基LED外延片進(jìn)行亮度以及抗靜電能力測(cè)試。一、外延片抗靜電能力的測(cè)試測(cè)試方法為加逆向人體模式2000V在由外延片所制的晶粒上持續(xù)時(shí)間50mA之 后，再使用逆向8V的電壓測(cè)量其電流，如電流值小于1 μ A，判定此顆晶粒ESD(靜電放電)
9(i2000V)通過，如電流值大于或等于ΙμΑ，判定此顆晶粒ESD(@2000V)不通過，如此測(cè)試同 一外延片上100顆晶粒，計(jì)算其通過良率；測(cè)試的條件為晶粒大小為300μπιΧ300μπι，ESD人體模式逆向2000V，持續(xù)時(shí)間 50mA，再測(cè)量在逆向電壓8V下的電流值。測(cè)試結(jié)果如圖5所示。如圖5所示，圖中A為根據(jù)對(duì)比例氮化鎵基LED外延片的生長(zhǎng)方法制備的氮化鎵 基LED外延片的ESD(@2000V)良率；圖中B為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例氮化鎵基LED外延片的生 長(zhǎng)方法制備的氮化鎵基LED外延片的ESD(@2000V)的良率。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例氮化鎵基 LED外延片的生長(zhǎng)方法制備的氮化鎵基LED外延片的ESD(@2000V)良率與根據(jù)對(duì)比例氮 化鎵基LED外延片的生長(zhǎng)方法制備的氮化鎵基LED外延片的ESD(@2000V)良率相比，本發(fā) 明氮化鎵基LED外延片的ESD(@2000V)良率明顯高于根據(jù)對(duì)比例氮化鎵基LED外延片的 ESD(i2000V)良率。由此可以得出，根據(jù)本發(fā)明所提供的氮化鎵基LED外延片的生長(zhǎng)方法制 備的氮化鎵基LED外延片能有效提高氮化鎵基LED外延片的ESD良率。二、外延片亮度的測(cè)試測(cè)試方法為電流為20mA下，由外延片所制晶粒的亮度(毫坎德拉mcd)。測(cè)試的具體條件為電流為20mA，晶粒大小為300 μ mX 300 μ m，測(cè)試時(shí)間5ms，亮 度為發(fā)光的LED晶粒在正上方單位立體角內(nèi)所發(fā)射的光通量。測(cè)試結(jié)構(gòu)如圖6所示。如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例氮化鎵基LED外延片的生長(zhǎng)方法制備的氮化鎵基 LED外延片的亮度與根據(jù)對(duì)比例氮化鎵基LED外延片的生長(zhǎng)方法制備的氮化鎵基LED外延 片的亮度相比，在波長(zhǎng)大于456nm并在相同的波長(zhǎng)下，根據(jù)本發(fā)明氮化鎵基LED外延片的亮 度明顯高于根據(jù)對(duì)比例氮化鎵基LED外延片的亮度。由此可以得出，根據(jù)本發(fā)明所提供的 氮化鎵基LED外延片的生長(zhǎng)方法制備的氮化鎵基LED外延片能有效提高氮化鎵基LED外延 片的亮度。根據(jù)本發(fā)明所提供的氮化鎵基LED外延片的生長(zhǎng)方法中有源層的生長(zhǎng)方法，不僅 可以應(yīng)用于氮化鎵基LED外延片的生長(zhǎng)過程中，只要是涉及這種通過改變晶體生長(zhǎng)過程， 生長(zhǎng)兩種不同溫度的壘層來減小由于迅速降溫過程中導(dǎo)致的壘層與阱層界面的應(yīng)力，提高 內(nèi)建電場(chǎng)，進(jìn)而提高外延片的抗靜電能力。都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，本發(fā)明也應(yīng)用 于SiC、Si和LiAi02等襯底生長(zhǎng)GaN基LED外延片藍(lán)綠光生長(zhǎng)，也都屬于本發(fā)明的保護(hù)范 圍。綜上所述，本發(fā)明所提供的氮化鎵基III-V族化合物半導(dǎo)體LED外延片通過改變 有源層的生長(zhǎng)方法，即先生長(zhǎng)一層高溫壘層，再生長(zhǎng)一層溫度相對(duì)降低的低溫壘層，生長(zhǎng)兩 種不同溫度的壘層來減小由于迅速降溫過程中導(dǎo)致的壘層與阱層界面的應(yīng)力，提高內(nèi)建電 場(chǎng)，進(jìn)而提高外延片的抗靜電能力，同時(shí)還提高了外延片的亮度。根據(jù)本發(fā)明所提供的氮 化鎵基LED外延片的生長(zhǎng)方法具有步驟簡(jiǎn)單、容易操作，效果明顯的特點(diǎn)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神 和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種氮化鎵基III V族化合物半導(dǎo)體LED外延片，包括有源層，其特征在于，所述有源層由一個(gè)或多個(gè)量子阱壘組成，所述量子阱壘自下而上依次包括阱層(51)、高溫壘層(52)、低溫壘層(53)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述阱層(51)的生長(zhǎng)溫度為Tl，所述 高溫壘層(52)的生長(zhǎng)溫度為T2，所述低溫壘層(53)的生長(zhǎng)溫度為13，其中，11<13<下2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED外延片，其特征在于，所述T2滿足如下關(guān)系式 T3+10°C^ T2 ^ T3+100°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的LED外延片，其特征在于，所述T3滿足如下關(guān)系式 T1+10°C^ T3 彡 T1+100°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED外延片，其特征在于，所述T1滿足如下關(guān)系式 7000C< Tl < 800°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED外延片，其特征在于，所述高溫壘層(52)的生長(zhǎng)厚度為 20-200nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的LED外延片，其特征在于，所述低溫壘層(53)的生長(zhǎng)厚 度為 20-200nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵基LED外延片，其特征在于，所述有源層中包括2-14 組所述量子阱壘。
9.一種氮化鎵基III-V族化合物半導(dǎo)體LED外延片的生長(zhǎng)方法，包括 生長(zhǎng)有源層；其特征在于，生長(zhǎng)有源層的包括依序生長(zhǎng)的一組或多組量子阱壘的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)各所述 量子阱壘步驟包括將溫度調(diào)至Tl生長(zhǎng)阱層(51)； 將溫度調(diào)至T2，在阱層上生長(zhǎng)高溫壘層(52)； 將溫度調(diào)至T3，在高溫壘層上生長(zhǎng)低溫壘層(53)； 其中，所述Tl < T3 < T2。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述T2滿足如下關(guān)系式 T3+10°C^ T2 ^ T3+100°C。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述T3滿足如下關(guān)系式 T1+10°C^ T3 彡 T1+100°C。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述Tl滿足如下關(guān)系式 7000C< Tl < 800°C。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述阱層(51)的生長(zhǎng)條件為在溫度 Tl，壓力為300-500mbar下，以N2作為載氣，N2的流量為40-70標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，持續(xù)90-120 秒，得到厚度為10-50nm的所述阱層(51)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述高溫壘層(52)的生長(zhǎng)條件為在溫 度T2，壓力為300-500mbar下，以N2或H2或氫氮混合氣體作為載氣，載氣的流量為40-70標(biāo) 準(zhǔn)升/分鐘，，得到厚度為20-200nm的所述高溫壘層(52)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述低溫壘層(53)的生長(zhǎng)步驟為在溫 度T3，壓力為300-500mbar，以N2或吐或氫氮混合氣體作為載氣，載氣的流量為40-70標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，得到厚度為20-200nm的所述低溫壘層(53)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，依序進(jìn)行生長(zhǎng)阱層、高溫壘層以及低溫 壘層的步驟，在所述有源層形成2-14組所述量子阱壘結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮化鎵基III-V族化合物半導(dǎo)體LED外延片，包括有源層；有源層由一個(gè)或多個(gè)量子阱壘組成，量子阱壘自下而上依次包括阱層、高溫壘層、低溫壘層。本發(fā)明所提供的氮化鎵基LED外延片通過改變有源層的生長(zhǎng)方法，即先生長(zhǎng)一層高溫壘層，再生長(zhǎng)一層溫度相對(duì)降低的低溫壘層，生長(zhǎng)兩種不同溫度的壘層來減小由于迅速降溫過程中導(dǎo)致的壘層與阱層界面的應(yīng)力，提高內(nèi)建電場(chǎng)，進(jìn)而提高外延片的抗靜電能力。同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種氮化鎵基III-V族化合物半導(dǎo)體LED外延片的生長(zhǎng)方法，該方法具有步驟簡(jiǎn)單、容易操作，效果明顯的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L33/04GK101980384SQ201010292909
公開日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者季輝, 戚運(yùn)東, 梁智勇, 羅正加, 艾建軍 申請(qǐng)人:湘能華磊光電股份有限公司