專利名稱：一種量子阱半導(dǎo)體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體而言，涉及一種量子阱半導(dǎo)體及其制造方法。
背景技術(shù)：
以藍(lán)寶石(Al2O3)作為襯底的半導(dǎo)體外延片主要適用于中小尺寸芯片的制備，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樾〕叽缫壕П彻庠?、?shù)碼顯示、玩具、儀表等，但是由于以藍(lán)寶石為襯底的半導(dǎo)體外延片制備的中大尺寸芯片由于存在電流擁擠、不易散熱造成發(fā)光效率低的問(wèn)題，導(dǎo)致很難將其作為照明用芯片使用，而目前照明所需的中大尺寸芯片主要依賴于進(jìn)口的以SiC作為襯底的半導(dǎo)體外延片，使得照明器件的成本大大增高。因此，考慮到以藍(lán)寶石為襯底的半導(dǎo)體外延片的成本較低，如果能夠提高其散熱效果、光輸出功率將會(huì)大大降低照明器件的制作成本。申請(qǐng)?zhí)枮?01210426804.9的中國(guó)專利申請(qǐng)將低溫淺量子阱分為三部分，并采用沿生長(zhǎng)方向逐步減小該三部分的銦含量和量子阱壘層的厚度的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種量子阱半導(dǎo)體及其制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中以藍(lán)寶石為襯底的半導(dǎo)體外延片制備的中大尺寸芯片的發(fā)光效率低的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù) 本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種量子阱半導(dǎo)體，包括從內(nèi)向外依次設(shè)置的襯底、淺量子阱層、多量子阱發(fā)光層，淺量子阱層包括:至少四個(gè)InGaN層，靠近襯底的一個(gè)InGaN層為第一 InGaN層；GaN層，與InGaN層等數(shù)量且交叉疊置，靠近襯底的一個(gè)GaN層為第一 GaN層,第一 GaN層設(shè)置在襯底與第一 InGaN層之間，且第一 InGaN層中In的含量為1.95E+19 2.7E+19cnT3，第一 InGaN層之外的各InGaN層中In的含量大于3.0E+19cm_3且沿遠(yuǎn)離襯底的方向遞增。進(jìn)一步地，上述第一 InGaN層之外的各InGaN層中In的含量沿遠(yuǎn)離襯底的方向等
量遞增。進(jìn)一步地，上述InGaN層和GaN層的個(gè)數(shù)為四，第一 InGaN層之外的InGaN層中In的含量沿遠(yuǎn)離襯底的方向依次為3.3E+19 3.9E+19cnT3、3.9E+19 4.5E+19/cnT3、
4.5E+19 5.4E+19cm 3。進(jìn)一步地，上述各GaN層中摻雜有硅且硅的含量為0.85E+18 1.15E+18cnT3。進(jìn)一步地，上述各GaN層的厚度為35 45nm,各InGaN層的厚度為0.7 0.9nm。進(jìn)一步地，上述量子阱半導(dǎo)體還包括:在襯底上朝淺量子阱層延伸方向依次設(shè)置有GaN緩沖層、無(wú)摻雜GaN層、摻雜GaN層、N型電子阻擋層、障壁保護(hù)層；以及由多量子阱發(fā)光層向外依次設(shè)置的空穴注入層、空穴擴(kuò)展層、P型高溫GaN層和歐姆接觸層。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種量子阱半導(dǎo)體的制造方法，包括在襯底上外延生長(zhǎng)淺量子阱層的過(guò)程，淺量子阱層的外延生長(zhǎng)過(guò)程以高純氮?dú)鉃檩d氣且在920 930°C之間的溫度下進(jìn)行，具體包括:步驟A，在通入高純氨氣、三乙基鎵和三甲基銦的條件下生長(zhǎng)InGaN層步驟B，在通入高純氨氣、三甲基鎵的條件下生長(zhǎng)GaN層；以及步驟C，至少重復(fù)三次步驟A和步驟B以形成至少四層InGaN層和GaN層；其中，步驟A中的三甲基銦的流量為254 351sCCm，步驟C中所重復(fù)的各步驟A中三甲基銦的流量依次遞增。進(jìn)一步地，上述步驟C中所重復(fù)的各步驟A中三甲基銦的流量依次等量遞增。進(jìn)一步地，上述步驟C中重復(fù)三次步驟A和步驟B以形成四層InGaN層和四層GaN層，各InGaN層的厚度為0.7 0.9nm，各GaN層的厚度為35 45nm，步驟C中所重復(fù)的各步驟A中三甲基銦的流量依次為429 507sccm、507 585sccm、585 702sccm。進(jìn)一步地，上述步驟B在通入高純氨氣、三甲基鎵的同時(shí)通入流量為0.58
0.78sccm的娃燒氣體生長(zhǎng)摻雜有娃的GaN層。進(jìn)一步地，在上述襯底上外延生長(zhǎng)淺量子阱層的過(guò)程之前上述制造方法還包括采用MOCVD法在襯底上依次生長(zhǎng)GaN緩沖層、無(wú)摻雜GaN層、摻雜GaN層、N型電子阻擋層、障壁保護(hù)層的過(guò)程；在襯底上外延生長(zhǎng)淺量子阱層的過(guò)程之后上述制造方法還包括在淺量子阱層上依次生長(zhǎng)空穴注入層、空穴擴(kuò)展層、P型高溫GaN層和歐姆接觸層的過(guò)程。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，第一 InGaN層中In的含量小于目前傳統(tǒng)外延工藝所得到的淺量子阱中的銦組分含量，該層銦組分含量較低，對(duì)電子有一定的擴(kuò)展作用，可以遞增電子空穴的復(fù)合效率，同時(shí)可以防止反向電流過(guò)大；遠(yuǎn)離襯底的方向InGaN層中In的含量逐漸遞增并且大于傳統(tǒng)外延工藝所得到的淺量子阱中的銦組分含量，該層靠近銦組分含量較大的多量子講發(fā)光層，有利于電子通過(guò)從而降低了正向電壓，正向電壓的降低有利于芯片工作時(shí)減少發(fā)熱量，降低結(jié)溫，提高電子空穴復(fù)合效率從而提高具有其的芯片的發(fā)光效率。


構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施例中的量子阱半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖，其中的箭頭方向指向外延生長(zhǎng)的方向；以及圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施例中的淺量子阱層的結(jié)構(gòu)示意圖，其中的箭頭方向指向外延生長(zhǎng)的方向。
具體實(shí)施例方式需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。在本發(fā)明的一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種量子阱半導(dǎo)體，包括從內(nèi)向外依次設(shè)置的襯底1、淺量子阱層3、多量子阱發(fā)光層4，該淺量子阱層3包括:至少四個(gè)InGaN層31，罪近襯底I的個(gè)InGaN層31為弟 InGaN層；GaN層32，與InGaN層31等數(shù)里且父叉疊置，靠近襯底I的一個(gè)InGaN層31為第一 InGaN層，且第一 InGaN層設(shè)置在襯底I與第一 GaN層之間，第一 InGaN層中In的含量為1.95E+19 2.7E+19cm 3,第一 InGaN層之外的InGaN層31中In的含量大于3.0E+19cnT3且沿遠(yuǎn)離襯底I的方向遞增。如圖2所不,上述技術(shù)方案中的第一 InGaN層中In的含量小于目前傳統(tǒng)外延工藝所得到的淺量子阱中的銦組分含量，該層銦組分含量較低，對(duì)電子有一定的擴(kuò)展作用，可以遞增電子空穴的復(fù)合效率，同時(shí)可以防止反向電流過(guò)大；遠(yuǎn)離襯底I的方向InGaN層31中In的含量逐漸遞增并且大于傳統(tǒng)外延工藝所得到的淺量子阱中的銦組分含量，該層銦組分含量較大，有利于電子通過(guò)從而降低了正向電壓，正向電壓的降低有利于芯片工作時(shí)減少發(fā)熱量，降低結(jié)溫，提高電子空穴復(fù)合效率從而提高具有其的芯片的發(fā)光效率。本發(fā)明的量子阱半導(dǎo)體的淺量子阱層3中的InGaN層31和GaN層32可以為四層、五層、六層、七層等，其中的銦組分的含量變化也是沿遠(yuǎn)離襯底I的方向逐漸遞增。上述的第一 InGaN層之外的各InGaN層31中In的含量逐漸遞增且優(yōu)選沿遠(yuǎn)離襯底I的方向等量遞增。這種遞增方式一方面有利于制作過(guò)程中原料氣的控制，另一方面有利于提聞芯片的質(zhì)量和良率。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施例中，上述淺量子阱層的InGaN層31和GaN層32的個(gè)數(shù)為四，第一 InGaN層之外的InGaN層31中In的含量沿遠(yuǎn)離襯底I的方向依次為
3.3E+19 3.9E+19cnT3、3.9E+19 4.5E+19cnT3、4.5E+19 5.4E+19cnT3。將InGaN層31中的銦組分含量依次設(shè)置為3.3E+19 3.9E+19cnT3、3.9E+19
4.5E+19cnT3、4.5E+19 5.4E+19cnT3,更有利于電子通過(guò)從而降低了正向電壓，而正向電壓的降低有利于芯片工作時(shí)減少發(fā)熱量，降低結(jié)溫，提高電子空穴復(fù)合效率從而提高具有其的芯片的發(fā)光效率。上述淺量子阱層的各GaN層32中摻雜有硅且硅的含量為0.85E+18 1.15E+18cm_3，在各GaN層32中摻硅使電子更容易通過(guò)，避免具有該量子阱半導(dǎo)體的芯片的正向電壓過(guò)高。 在本發(fā)明的又一種優(yōu)選的實(shí)施例中，上述淺量子阱層的各InGaN層31的厚度為
0.7 0.9nm，各GaN層32的厚度為35 45nm。將上述各InGaN層31的厚度控制在0.7
0.9nm之間，各GaN層32的厚度控制在35 45nm之間，既避免了 InGaN層31太薄具有該量子阱半導(dǎo)體的芯片正向電壓過(guò)高以及ESD2000V良率降低的問(wèn)題，又避免了 InGaN層31太厚吸光導(dǎo)致具有該量子阱半導(dǎo)體的芯片光輸出功率降低的問(wèn)題。如圖1所示，在本發(fā)明的又一種優(yōu)選的實(shí)施例中，上述量子阱半導(dǎo)體還包括:在襯底I上朝淺量子阱層3延伸方向依次設(shè)置有可選擇的GaN緩沖層20、無(wú)摻雜GaN層21、摻雜GaN層22、N型電子阻擋層23、障壁保護(hù)層24 ;由多量子阱發(fā)光層4向外依次設(shè)置的空穴注入層51、電流擴(kuò)展層52、P型高溫GaN層53和歐姆接觸層54。其中的GaN緩沖層20可以改善無(wú)摻雜GaN層21的成膜質(zhì)量。在本發(fā)明的另一種典型的實(shí)施方式中，還提供了一種量子阱半導(dǎo)體的制造方法，包括在襯底上外延生長(zhǎng)淺量子阱層的過(guò)程，該淺量子阱層的外延生長(zhǎng)過(guò)程以高純氮?dú)鉃檩d氣且在920 930°C之間的溫度下進(jìn)行，具體包括:步驟A，在通入高純氨氣、三乙基鎵和三甲基銦的條件下生長(zhǎng)InGaN層；步驟B，在通入高純氨氣、三甲基鎵的條件下生長(zhǎng)GaN層；步驟C，至少重復(fù)三次步驟A和步驟B，以形成至少四層InGaN層和GaN層，其中，步驟A中的三甲基銦的流量為254 351sCCm，且步驟C中所重復(fù)的各步驟A中三甲基銦的流量依次遞
士豳
>曰ο在上述制造方法中，淺量子阱層的生長(zhǎng)時(shí)間、壓力、三乙基鎵的流量、生長(zhǎng)氣氛均與現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)用量一致，采用流量為254 351sCCm的三甲基銦得到銦組分含量為
1.95E+19 2.7E+19cm_3的第一 InGaN層，其銦組分含量更低，對(duì)電子有一定的擴(kuò)展作用，可以增加電子空穴的復(fù)合效率，同時(shí)可以防止反向電流過(guò)大；利用遞增三甲基銦的流量外延生長(zhǎng)方向逐漸遞增InGaN層中銦組分的含量，并且使得第二至第n個(gè)InGaN層中銦組分含量大于傳統(tǒng)外延工藝所得到的淺量子阱中的銦組分含量，該層靠近銦組分含量較大的多量子講發(fā)光層，有利于電子通過(guò)從而降低了正向電壓，正向電壓的降低有利于芯片工作時(shí)減少發(fā)熱量，降低結(jié)溫，提高電子空穴復(fù)合效率從而提高具有其的芯片的發(fā)光效率。為了更精確地提高量子阱半導(dǎo)體的發(fā)光效率和良率，優(yōu)選步驟C中所重復(fù)的各步驟A中三甲基銦的流量依次等量遞增。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施例中，在上述步驟C中重復(fù)三次步驟A和步驟B以形成個(gè)數(shù)均為四個(gè)的InGaN層和GaN層，各InGaN層的厚度為0.7 0.9nm,各GaN層的厚度為35 45nm，步驟C中所重復(fù)的各步驟A中三甲基銦的流量依次為429 507sccm、507 585sccm、585 702sccm。通過(guò)調(diào)節(jié)三甲基銦的流量能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制各InGaN層中三甲基銦的含量的目的。上述制造方法的步驟B在通入高純氨氣、三甲基鎵的同時(shí)通入流量為0.58
0.78sccm的娃燒氣體生長(zhǎng)摻雜有娃的GaN層。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施例中，在襯底上外延生長(zhǎng)淺量子阱層的過(guò)程之前上述制造方法還包括采用MOCVD法在襯底上依次生長(zhǎng)GaN緩沖層、無(wú)摻雜GaN層、摻雜GaN層、N型電子阻擋層、障壁保護(hù)層的過(guò)程；在襯底上外延生長(zhǎng)淺量子阱層的過(guò)程之后上述制造方法還包括在淺量子阱層上依次生長(zhǎng)空穴注入層、空穴擴(kuò)展層、P型高溫GaN層和歐姆接觸層的過(guò)程。利用本領(lǐng)域中常用的MCVOD (金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)法制備量子阱半導(dǎo)體的各層，不僅能夠得到性能良好的各功能層，而且工藝過(guò)程、參數(shù)易控。以下將結(jié)合實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的有益效果。實(shí)施例1準(zhǔn)備C面藍(lán)寶石圖形化襯底，安放在AIXTRON Criusl型MOCVD反應(yīng)腔的石墨盤(pán)上，在襯底設(shè)定溫度為1280°C、氫氣環(huán)境中，進(jìn)行Smin時(shí)間的熱處理，然后將襯底設(shè)定溫度降至640°C為止，生長(zhǎng)壓力控制在450Torr，通入流量為60sccm的三甲基鎵和流量為lOOOOsccm的高純氨氣2.5min，形成約45nm厚度的GaN緩沖層；將設(shè)定溫度升溫至1230°C，生長(zhǎng)壓力控制在225Torr，再一次地通入流量為200sccm的三甲基鎵和流量為24000sccm的高純氨氣形成3000nm厚度的無(wú)摻雜GaN層；生長(zhǎng)壓力控制在113Torr，設(shè)定溫度升溫至1240°C,在上述的三甲基鎵和30000sccm氨氣中加入16sccm單甲基娃燒氣體,形成約2000nm厚度的摻雜GaN層；在上述的生長(zhǎng)壓力和生長(zhǎng)測(cè)溫度以及氫氣氣氛下，通入流量為20sccm的三甲基鎵、90sccm的三甲基招，以及8sccm的單甲基娃燒氣體形成約4nm厚度的N型AlGaN電子阻擋層；切換到氮?dú)鈿夥眨L(zhǎng)壓力控制在225T0rr，設(shè)定溫度調(diào)至950°C，通入流量為14sccm的三甲基鎵和33000sccm氨氣中加入0.68sccm的單甲基娃燒氣體,形成約39nm厚度的摻雜GaN障壁層保護(hù)層。襯底的設(shè)定溫度維持在920 °C時(shí)，生長(zhǎng)壓力控制在225Torr，通過(guò)流量為33000sccm的高 純氨氣、流量為40sCCm的三乙基鎵以及351sCCm的三甲基銦，形成厚度為
0.8nm的第一 InGaN層，接著再通入流量95sccm的三甲基鎵和0.68sccm的單甲基娃燒氣體，形成厚度為40nm的第一 GaN層，通入流量為429sCCm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第二 InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第二 GaN層，通入流量為507sccm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第三InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第三GaN層，通入流量為585sCCm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第四InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第四GaN層。在150Torr生長(zhǎng)壓力和930°C生長(zhǎng)溫度下，通入流量為30sccm的三甲基鎵、33000sccm的高純氨氣以及700sccm的二茂鎂，形成約33nm厚度的空穴注入層；在150Torr生長(zhǎng)壓力和930°C生長(zhǎng)溫度下，通入流量為30sccm的三甲基鎵、33000sccm的高純氨氣，60sccm的三甲基鋁，以及600sccm 二茂鎂，形成約38nm厚度的P型AlGaN空穴擴(kuò)展層；在150Torr生長(zhǎng)壓力和1120°C生長(zhǎng)溫度下，通入流量為60sccm的三甲基鎵、33000sccm的高純氨氣，以及700SCCm 二茂鎂，形成約180nm厚度的P型高溫GaN層；在300Tor生長(zhǎng)壓力和660°C生長(zhǎng)溫度下，通入流量為90sccm的三甲基鎵、33000sccm的高純氨氣，以及1080sccm二茂鎂，形成約2nm厚度的歐姆接觸層得到實(shí)施例1的外延片。實(shí)施例2按照與實(shí)施例1相同的方法在C面藍(lán)寶石圖形化襯底依次形成GaN緩沖層、無(wú)摻雜GaN層、摻雜GaN層、N型AlGaN電子阻擋層、GaN障壁層保護(hù)層；在襯底的設(shè)定溫度維持在920°C時(shí)，生長(zhǎng)壓力控制在225Torr，通過(guò)流量為33000sccm的高純氨氣、流量為40sccm的三乙基鎵以及351sccm的三甲基銦，形成厚度為0.8nm的第一 InGaN層，接著再通入流量95sccm的三甲基鎵和0.68sccm的單甲基娃燒氣體,形成厚度為40nm的第一 GaN層,通入流量為429SCCm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第二 InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第二 GaN層， 通入流量為507sCCm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第三InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第三GaN層，通入流量為585sccm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第四InGaN層，重復(fù)形成第一GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第四GaN層；通入流量為702sCCm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第五InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第五GaN層；按照與實(shí)施例1相同的方法依次生長(zhǎng)空穴注入層、P型AlGaN空穴擴(kuò)展層、P型高溫GaN層和歐姆接觸層得到實(shí)施例2的外延片。實(shí)施例3按照與實(shí)施例1相同的方法在C面藍(lán)寶石圖形化襯底依次形成GaN緩沖層、無(wú)摻雜GaN層、摻雜GaN層、N型AlGaN電子阻擋層、GaN障壁層保護(hù)層；在襯底的設(shè)定溫度維持在920°C時(shí)，生長(zhǎng)壓力控制在225Torr，通過(guò)流量為33000sccm的高純氨氣、流量為40sccm的三乙基鎵以及254sccm的三甲基銦，形成厚度為0.8nm的第一 InGaN層，接著再通入流量95sccm的三甲基鎵和0.68sccm的單甲基娃燒氣體,形成厚度為40nm的第一 GaN層,通入流量為429SCCm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第二 InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第二 GaN層，通入流量為507sCCm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第三InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第三GaN層，通入流量為585sccm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第四InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第四GaN層；按照與實(shí)施例1相同的方法依次生長(zhǎng)空穴注入層、P型AlGaN空穴擴(kuò)展層、P型高溫GaN層和歐姆接觸層得到實(shí)施例3的外延片。實(shí)施例4
按照與實(shí)施例1相同的方法在C面藍(lán)寶石圖形化襯底依次形成GaN緩沖層、無(wú)摻雜GaN層、摻雜GaN層、N型AlGaN電子阻擋層、GaN障壁層保護(hù)層；在襯底的設(shè)定溫度維持在920°C時(shí)，生長(zhǎng)壓力控制在225Torr，通過(guò)流量為33000sccm的高純氨氣、流量為40sccm的三乙基鎵以及351sccm的三甲基銦，形成厚度為0.8nm的第一 InGaN層，接著再通入流量95sccm的三甲基鎵和0.68sccm的單甲基娃燒氣體,形成厚度為40nm的第一 GaN層,通入流量為429SCCm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第二 InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第二 GaN層，通入流量為507sCCm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第三InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第三GaN層，通入流量為702sccm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第四InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第四GaN層；按照與實(shí)施例1相同的方法依次生長(zhǎng)空穴注入層、P型AlGaN空穴擴(kuò)展層、P型高溫GaN層和歐姆接觸層得到實(shí)施例4的外延片。實(shí)施例5按照與實(shí)施例1相同的方法在C面藍(lán)寶石圖形化襯底依次形成GaN緩沖層、無(wú)摻雜GaN層、摻雜GaN層、N型AlGaN電子阻擋層、GaN障壁層保護(hù)層；在襯底的設(shè)定溫度維持在920°C時(shí)，生長(zhǎng)壓力控制在225Torr，通過(guò)流量為33000sccm的高純氨氣、流量為40sccm的三乙基鎵以及351sccm的三甲基銦，形成厚度為0.8nm的第一 InGaN層，接著再通入流量95sccm的三甲基鎵和0.68sccm的單甲基娃燒氣體,形成厚度為40nm的第一 GaN層,通入流量為480SCCm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第二 InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第二 GaN層，通入流量為545sCCm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第三InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第三GaN層，通入流量為585sccm的三甲基銦形成厚度為0.8nm的第四InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第四GaN層；按照與實(shí)施例1相同的方法依次生長(zhǎng)空穴注入層、P型AlGaN空穴擴(kuò)展層、P型高溫GaN層和歐姆接觸層得到實(shí)施例5的外延片。對(duì)比例I準(zhǔn)備C面藍(lán)寶石圖形化襯底，安放在AIXTRON Criusl型MOCVD反應(yīng)腔的石墨盤(pán)上，在襯底設(shè)定溫度為1280°C、氫氣環(huán)境中，進(jìn)行Smin時(shí)間的熱處理，然后將襯底設(shè)定溫度降至640°C為止，生長(zhǎng)壓力控制在450Torr，通入流量為60sccm的三甲基鎵和流量為10000的高純氨氣2.5min,形成約45nm的GaN緩沖層；將設(shè)定溫度升溫至1230°C，生長(zhǎng)壓力控制在225Torr，再一次地通入流量為200sccm的三甲基鎵和流量為24000sccm的高純氨氣形成3000nm的無(wú)摻雜GaN層；生長(zhǎng)壓力控制在113Torr，設(shè)定溫度升溫至1240，在上述的三甲基鎵和30000sccm氨氣中加入16sccm單甲基娃燒氣體,形成約2000nm厚度的摻雜GaN層；在上述的生長(zhǎng)壓力和生長(zhǎng)測(cè)溫度以及氫氣氣氛下，通入流量為20sCCm的三甲基鎵、90sCCm的三甲基鋁，以及8SCCm的單甲基硅烷氣體形成約4nm厚度的N型AlGaN電子阻擋層；切換到氮?dú)鈿夥?，生長(zhǎng)壓力控制在225Tor，設(shè)定溫度調(diào)至950°C，通入流量為14sccm的三甲基鎵和33000sccm氨氣中加入0.68sccm的單甲基娃燒氣體,形成約39nm厚度摻雜的GaN障壁層保護(hù)層；在襯底的設(shè)定 溫度維持在920°C時(shí)，生長(zhǎng)壓力控制在225Torr，通過(guò)流量為33000sCCm的高純氨氣、流量為40SCCm的三乙基鎵以及390SCCm的三甲基銦，形成厚度為0.8nm的第一 InGaN層,接著再通入流量95sccm的三甲基鎵和0.68sccm的單甲基娃燒氣體,形成厚度為40nm的第一 GaN層，重復(fù)形成第一 InGaN層的過(guò)程形成厚度為0.8nm的第二 InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第二 GaN層，重復(fù)形成第一 InGaN層的過(guò)程形成厚度為0.8nm的第三InGaN層，重復(fù)形成第一 GaN層的過(guò)程形成厚度為40nm的第三GaN層；在150Tor生長(zhǎng)壓力和930°C生長(zhǎng)溫度下，通入流量為30sccm的三甲基鎵、33000sccm的高純氨氣以及700SCCm的二茂鎂，形成約33nm厚度的空穴注入層；在150Torr生長(zhǎng)壓力和930°C生長(zhǎng)溫度下，通入流量為30sccm的三甲基鎵、33000sccm的高純氨氣，以及60sccm的三甲基鋁，以及600sccm 二茂鎂，形成約38nm厚度的P型AlGaN空穴擴(kuò)展層；在150Torr生長(zhǎng)壓力和1120°C生長(zhǎng)溫度下，通入流量為60sccm的三甲基鎵、33000sccm的高純氨氣，以及700sccm 二茂鎂，形成約180nm厚度的P型高溫GaN層；在300Torr生長(zhǎng)壓力和660°C生長(zhǎng)溫度下，通入流量為90sccm的三甲基鎵、33000sccm的高純氨氣，以及1080sccm 二茂鎂，形成約2nm厚度的歐姆接觸層；得到對(duì)比例I的外延片。對(duì)實(shí)施例1至5以及對(duì)比例I的外延片的各InGaN層中銦組分含量、正向電壓、反相電壓、光輸出功率、反向電流以及ESD2000V的良率進(jìn)行測(cè)定，其中銦組分含量采用SMS測(cè)定，正向電壓、反向電壓、反向電流和光輸出功率采用惠特點(diǎn)測(cè)機(jī)測(cè)試，其中光輸出功率采用300mA電流驅(qū)動(dòng)。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表I，其中SW-W表示InGaN層。表I數(shù)據(jù)是用本發(fā)明制備的外延片制成30milX30mil尺寸的芯片測(cè)試的數(shù)據(jù)。表I
權(quán)利要求
1.一種量子阱半導(dǎo)體，包括從內(nèi)向外依次設(shè)置的襯底(I)、淺量子阱層(3)、多量子阱發(fā)光層(4)，其特征在于，所述淺量子阱層(3)包括: 至少四個(gè)InGaN層(31)，靠近所述襯底(I)的一個(gè)InGaN層(31)為第一 InGaN層； GaN層(32 )，與所述InGaN層(31)等數(shù)量且交叉疊置，靠近所述襯底(I)的一個(gè)GaN層(32)為第一 GaN層，所述第一 GaN層設(shè)置在所述襯底(I)與所述第一 InGaN層之間，且所述第一 InGaN層中所述In的含量為1.95E+19 2.7E+19cnT3，所述第一 InGaN層之外的各所述InGaN層(31)中In的含量大于3.0E+19cm_3且沿遠(yuǎn)離所述襯底(I)的方向遞增。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子阱半導(dǎo)體，其特征在于，所述第一InGaN層之外的各所述InGaN層(31)中In的含量沿遠(yuǎn)離所述襯底(I)的方向等量遞增。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的量子阱半導(dǎo)體，其特征在于，所述InGaN層(31)和所述GaN層(32 )的個(gè)數(shù)為四，所述第一 InGaN層之外的所述InGaN層(31)中所述In的含量沿遠(yuǎn)離所述襯底(I)的方向依次為 3.3E+19 3.9E+19cnT3、3.9E+19 4.5E+19/cnT3、4.5E+19 5.4E+19cm 3。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的量子阱半導(dǎo)體，其特征在于，各所述GaN層(32)中摻雜有硅且所述硅的含量為0.85E+18 1.15E+18cnT3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的量子阱半導(dǎo)體，其特征在于，各所述GaN層(32)的厚度為35 45nm,各所述InGaN層(31)的厚度為0.7 0.9nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子阱半導(dǎo)體，其特征在于，所述量子阱半導(dǎo)體還包括: 在所述襯底(I)上朝所述 淺量子阱層(3)延伸方向依次設(shè)置有GaN緩沖層(20)、無(wú)摻雜GaN層(21)、摻雜GaN層(22)、N型電子阻擋層(23)、障壁保護(hù)層(24);以及 由所述多量子阱發(fā)光層(4)向外依次設(shè)置的空穴注入層(51)、空穴擴(kuò)展層(52)、P型高溫GaN層(53 )和歐姆接觸層(54 )。
7.一種量子阱半導(dǎo)體的制造方法，包括在襯底上外延生長(zhǎng)淺量子阱層的過(guò)程，其特征在于，所述淺量子阱層的外延生長(zhǎng)過(guò)程以高純氮?dú)鉃檩d氣且在920 930°C之間的溫度下進(jìn)行，具體包括: 步驟A，在通入高純氨氣、三乙基鎵和三甲基銦的條件下生長(zhǎng)InGaN層 步驟B，在通入高純氨氣、三甲基鎵的條件下生長(zhǎng)GaN層；以及 步驟C，至少重復(fù)三次所述步驟A和所述步驟B以形成至少四層InGaN層和GaN層； 其中，所述步驟A中的所述三甲基銦的流量為254 351sCCm，所述步驟C中所重復(fù)的各所述步驟A中所述三甲基銦的流量依次遞增。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的量子阱半導(dǎo)體的制造方法，其特征在于，所述步驟C中所重復(fù)的各所述步驟A中所述三甲基銦的流量依次等量遞增。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的量子阱半導(dǎo)體的制造方法，其特征在于，所述步驟C中重復(fù)三次所述步驟A和所述步驟B以形成四層所述InGaN層和四層所述GaN層，各所述InGaN層的厚度為0.7 0.9nm，各所述GaN層的厚度為35 45nm，所述步驟C中所重復(fù)的各步驟A中三甲基銦的流量依次為429 507sccm、507 585sccm、585 702sccm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的量子阱半導(dǎo)體的制造方法，其特征在于，所述步驟B在通入所述高純氨氣、三甲基鎵的同時(shí)通入流量為0.58 0.78sccm的硅烷氣體生長(zhǎng)摻雜有硅的GaN 層。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的量子阱半導(dǎo)體的制造方法，其特征在于， 在所述襯底上外延生長(zhǎng)淺量子阱層的過(guò)程之前所述制造方法還包括采用MOCVD法在所述襯底上依次生長(zhǎng)GaN緩沖層、無(wú)摻雜GaN層、摻雜GaN層、N型電子阻擋層、障壁保護(hù)層的過(guò)程； 在所述襯底上外延生長(zhǎng)淺量子阱層的過(guò)程之后所述制造方法還包括在所述淺量子阱層上依次生長(zhǎng)空穴注 入層、空穴擴(kuò)展層、P型高溫GaN層和歐姆接觸層的過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種量子阱半導(dǎo)體及其制造方法。該量子阱半導(dǎo)體包括從內(nèi)向外依次設(shè)置的襯底、淺量子阱層、多量子阱發(fā)光層，淺量子阱層包括至少四個(gè)InGaN層，靠近襯底的一個(gè)InGaN層為第一InGaN層；GaN層，與InGaN層等數(shù)量且交叉疊置，靠近襯底的一個(gè)GaN層為第一GaN層，第一GaN層設(shè)置在襯底與第一InGaN層之間，且第一InGaN層中In的含量為1.95E+19～2.7E+19cm-3，第一InGaN層之外的各InGaN層中In的含量大于3.0E+19cm-3且沿遠(yuǎn)離襯底的方向遞增。該淺量子阱層可以防止反向電流過(guò)大，有利于電子通過(guò)降低正向電壓，減少芯片工作時(shí)發(fā)熱量，提高發(fā)光效率。
文檔編號(hào)H01L33/32GK103227253SQ20131012393
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者伍毅龍, 譚桂英, 王新建 申請(qǐng)人:湘能華磊光電股份有限公司