一種硅基氮化物紫外led外延結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子領(lǐng)域，尤其是一種LED外延結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相比于傳統(tǒng)紫外萊燈，氮化物紫外LED (Light Emitting D1de，發(fā)光二極管)具有節(jié)能環(huán)保、壽命長、緊湊性好等多方面優(yōu)勢。
[0003]現(xiàn)有的紫外LED —般都是基于藍寶石襯底的紫外LED技術(shù)。在制作該基于藍寶石的紫外LED時，首先需要先在藍寶石襯底上生長GaN(氮化鎵)層以獲得高晶體質(zhì)量的模板，然后在GaN上面生長硅摻雜的η型AlGaN(氮化鎵鋁)電流擴展層以及后續(xù)的發(fā)光層等結(jié)構(gòu)。
[0004]但是，現(xiàn)有技術(shù)路線中仍然存在以下不足:1)由于AlGaN的晶格常數(shù)小于GaN的晶格常數(shù)，因而在GaN層上生長AlGaN層時會受到張應(yīng)力，容易產(chǎn)生裂紋；2)當紫外LED的波長接近或小于365nm(納米)時，GaN層會吸收量子阱發(fā)光區(qū)發(fā)出的光，因而在芯片制作過程中需要將GaN層去除；3)藍寶石襯底的剝離很困難，即使使用相對成熟的激光剝離技術(shù)去除藍寶石襯底，也會導(dǎo)致漏電增大、良率低等不良影響，可以看出，制備基于藍寶石襯底的紫外LED工藝難度非常大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服以上缺點，本發(fā)明提供了一種硅基氮化物紫外LED外延結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)方法，其在硅襯底上利用AlxGa1 XN應(yīng)力控制層調(diào)控應(yīng)力，使η型AlyGa1 yN(0 = y = x = I)電流擴展層在生長過程中受到壓應(yīng)力，不容易產(chǎn)生裂紋，具有很高的外延良率。
[0006]本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0007]—種娃基氮化物紫外LED外延結(jié)構(gòu)，所述LED外延結(jié)構(gòu)從由下往上依次為:娃襯底層、應(yīng)力控制層、η型電流擴展層、有源區(qū)準備層、有源區(qū)發(fā)光層、電子阻擋層、P型電流擴展層以及P型歐姆接觸層；
[0008]其中，所述應(yīng)力控制層由至少一層AlxGa1 -層構(gòu)成，O ^ x ^ I ;所述η型電流擴展層為硅摻雜的η型AlyGalyN層，O ^ y ^ I ;所述η型電流擴展層中的Al組分小于或等于應(yīng)力控制層中各AlxGa1 ΧΝ層中Al組分的平均值。
[0009]優(yōu)選地，所述應(yīng)力控制層由多層AlxGa1 ΧΝ層構(gòu)成，其中，每層所述AlxGa1 ΧΝ層中χ的取值范圍為O 5 χ ^ 1，且各層之間的Al組分采用突變、線性連續(xù)漸變或非線性連續(xù)漸變的方式進行過渡；
[0010]或，
[0011 ] 所述應(yīng)力控制層由AlxlGa1 xlN和Alx2Ga1 x2N組成的超晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中，
O芻xl芻1，0芻x2芻I。
[0012]優(yōu)選地，所述有源區(qū)準備層由至少一層InaAlbGa1 a bN層構(gòu)成，每層所述InaAlbGa1 abN層中a和b的取值范圍分別為:0蘭a蘭1，0蘭b蘭I;
[0013]或，
[0014]所述有源區(qū)準備層由InalAlblGa1 al blN和Ina2Alb2Ga1 a2 b2N組成的超晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成，
其中，O ^ al ^ 1,0芻bl芻1,0芻a2芻1，O芻b2芻I ;
[0015]所述有源區(qū)準備層的總厚度在O?500nm之間。
[0016]優(yōu)選地，所述有源區(qū)發(fā)光層為IraidGal-C-CWIraifGa1 e fN多量子阱結(jié)構(gòu)，其中，
O芻c芻1,0芻d芻1,0芻e芻1,0芻f芻I ；
[0017]在所述有源區(qū)發(fā)光層中，所述IneAldGa1。dN為厚度在I?1nm之間的量子講層；所述IneAlfGa1 e fN為厚度在3?25nm之間的量子皇層。
[0018]優(yōu)選地，在所述有源區(qū)發(fā)光層中的所述InjlfGa1 e fN量子皇層中摻雜硅，摻雜硅的濃度在5 X 116?I X 10 19cm 2之間；
[0019]或，
[0020]所述有源區(qū)發(fā)光層中的所述IneAlfGa1 e fN量子皇層中非故意摻雜。
[0021]優(yōu)選地，所述電子阻擋層由至少一層AlgGa1 gN層構(gòu)成，每層所述AlgGa1 gN層中g(shù)的取值范圍為O = g = I ;
[0022]所述電子阻擋層中各AlgGa1 gN層中的Al組分的平均值高于所述有源區(qū)發(fā)光層中IneAlfGa1 e fN量子皇層中的Al組分。
[0023]優(yōu)選地，所述電子阻擋層中使用Mg進行P型摻雜，或者進行非故意摻雜；
[0024]和/ 或，
[0025]所述P型電流擴展層為Mg摻雜的AlhGa1…層’其中^蘭匕蘭I ；
[0026]和/ 或，
[0027]所述P型歐姆接觸層為Mg摻雜的In1AljGa1 , #層，其中，O蘭i蘭1，0蘭j蘭I。
[0028]—種硅基紫外LED外延結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方法，所述實現(xiàn)方法應(yīng)用于上述硅基氮化物紫外LED外延結(jié)構(gòu)，所述實現(xiàn)方法包括以下步驟:
[0029]對硅襯底進行表面清潔處理；
[0030]在所述襯底上外延生長應(yīng)力控制層；
[0031]在所述應(yīng)力控制層上外延生長Si摻雜的η型電流擴展層；
[0032]在所述η型電流擴展層上外延生長有源區(qū)準備層；
[0033]在所述有源區(qū)準備層上外延生長有源區(qū)發(fā)光層；
[0034]在所述有源區(qū)發(fā)光層上外延生長電子阻擋層；
[0035]在所述電子阻擋層上外延生長Mg摻雜的P型電流擴展層；
[0036]在所述P型電流擴展層上外延生長Mg摻雜的P型歐姆接觸層。
[0037]優(yōu)選地，所述應(yīng)力控制層由至少一層AlxGa1…層構(gòu)成，O ^ x ^ I ;所述11型電流擴展層為娃摻雜的η型AlyGa1 yN層，O f y 5 I ;所述η型電流擴展層中的Al組分小于或等于應(yīng)力控制層中各AlxGa1 ΧΝ層中Al組分的平均值。
[0038]優(yōu)選地，所述應(yīng)力控制層由多層AlxGa1 ΧΝ層構(gòu)成，其中，每層所述AlxGa1 ΧΝ層中χ的取值范圍為O 5 χ ^ 1，且各層之間的Al組分采用突變、線性連續(xù)漸變或非線性連續(xù)漸變的方式進行過渡；
[0039]或，
[0040]所述應(yīng)力控制層由AlxlGa1 xlN和Alx2Ga1 x2N組成的超晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中，O芻Xl芻1，0芻x2芻I。
[0041]在本發(fā)明中，相比于傳統(tǒng)的藍寶石襯底的紫外LED外延結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提供的硅基氮化物紫外LED外延結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)勢:
[0042]第一，在硅襯底上利用應(yīng)力控制層調(diào)控應(yīng)力，使η型AlyGa1 yN(0 ^ y ^ I)電流擴展層在生長過程中受到壓應(yīng)力，不容易產(chǎn)生裂紋，具有很高的外延良率；第二，可以使用濕法腐蝕的方法去除硅襯底，對外延結(jié)構(gòu)無損傷，容易實現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)芯片，提高發(fā)光效率，工藝良率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)；第三，硅襯底紫外LED可以大幅度降低外延成本，尤其是容易實現(xiàn)大尺寸襯底上的紫外LED生長；第四，硅襯底有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，硅基紫外LED更容易和驅(qū)動電路以及其他模塊進行集成。
【附圖說明】
[0043]圖1為本發(fā)明中硅基氮化物紫外LED外延結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖2為本發(fā)明中硅基氮化物紫外LED外延結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方法流程示意圖；
[0045]圖3為本發(fā)明中應(yīng)力控制層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖4a為本發(fā)明中組分突變的應(yīng)力控制層的Al組分分布示意圖；
[0047]圖4b為本發(fā)明中組分漸變的應(yīng)力控制層的Al組分分布示意圖。
[0048]附圖標記:
[0049]1-硅襯底層，2-應(yīng)力控制層，3-n型電流擴展層，4-有源區(qū)準備層，
[0050]5-有源區(qū)發(fā)光層，6-電子阻擋層，7-p型電流擴展層，8-p型歐姆接觸層，
[0051 ]2a_AlN 層，2b_Al0.70Ga0 30N 層，2c_Al0.25Ga0 75N 層。
【具體實施方式】
[0052]下面參照附圖，結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0053]如附圖1所示為本發(fā)明提供的硅基氮化物紫外LED外延結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可以看出，該外延結(jié)構(gòu)中從下到上依次包括:硅襯底層1、應(yīng)力控制層2、n型電流擴展層3、有源區(qū)準備層4、有源區(qū)發(fā)光層5、電子阻擋層6、P型電流擴展層7以及