一種led外延片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種LED外延片及其制備方法。該LED外延片包括依次層疊的襯底層、第一半導(dǎo)體層、插入層、發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層，其中，插入層為Ge摻雜GaN層，能有效改善ESD性能，且發(fā)光效率增強(qiáng)使得LED亮度提高，不會(huì)引入缺陷，也不會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電阻的增加而使器件的電性變差，同時(shí)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。
【專利說(shuō)明】一種LED外延片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，尤其涉及一種LED外延片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)和氮化銦鋁鎵(AlGaInN)為主的II1- V族氮化物材料具有連續(xù)可調(diào)的直接帶寬為0.7?6.2eV，覆蓋了紫外到紅外的廣泛的光譜范圍，是制造藍(lán)光、綠光和白光發(fā)光器件的理想材料。現(xiàn)有LED外延片結(jié)構(gòu)一般為:在一藍(lán)寶石襯底層的一表面外延生長(zhǎng)一層η型GaN層,η型GaN層相對(duì)于與所述襯底層表面的一面生長(zhǎng)一層發(fā)光層，發(fā)光層相對(duì)于與所述襯底層表面的一面生長(zhǎng)一層P型GaN層。由于半導(dǎo)體二極管具有體積小、耗電量低、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)保耐用等特點(diǎn)，越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用，例如，藍(lán)綠光LED被廣泛應(yīng)用于全彩色顯示和照明方面，紫外LED被應(yīng)用于光學(xué)探測(cè)方面。但由于GaN沒(méi)有天然的理想襯底，GaN—般是以藍(lán)寶石為襯底進(jìn)行生長(zhǎng)的，而GaN和藍(lán)寶石的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)差別較大，導(dǎo)致生長(zhǎng)的GaN材料的晶體質(zhì)量不好，發(fā)光效率不高，器件的壽命較差。因此提高外延材料的晶體質(zhì)量、提升發(fā)光效率和增強(qiáng)芯片的ESD (ESD是指兩個(gè)具有不同靜電電位的物體，發(fā)生靜電電荷轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象)性能成為關(guān)注的焦點(diǎn)。特別是ESD性能，其是評(píng)估LED芯片在封裝和應(yīng)用過(guò)程中的可能被靜電擊穿的幾率，而LED在封裝和應(yīng)用過(guò)程中瞬間大量靜電電荷流過(guò)的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，易造成LED無(wú)法點(diǎn)亮、漏電增加、電壓變化、光輸出降低等問(wèn)題，嚴(yán)重影響LED的使用。
[0003]一般為了改善ESD性能的方法有通過(guò)在N層和P層兩端對(duì)晶體質(zhì)量進(jìn)行改善。例如，N層改善晶體質(zhì)量提高ESD性能的方式可以通過(guò)在N層中插入生長(zhǎng)AlGaN/GaN超晶格的方式來(lái)減少位錯(cuò)密度，但在高亮LED結(jié)構(gòu)中N層的厚度加厚會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電阻增加，使得器件的正向電壓升高；P層改善晶體質(zhì)量提高ESD性能的方式有通過(guò)減少生長(zhǎng)P型GaN產(chǎn)生的V型缺陷，通過(guò)調(diào)節(jié)GaN的生長(zhǎng)溫度，但溫度對(duì)量子阱發(fā)光層的晶體質(zhì)量也存在影響，效果不明顯。
[0004]現(xiàn)有也有公開(kāi)為了改善GaN基LED的抗靜電能力與發(fā)光效率，有通過(guò)在η型GaN層與發(fā)光層之間生長(zhǎng)η型GaN層和非摻雜氮化鎵層交替的至少兩個(gè)周期層組成的結(jié)構(gòu)層來(lái)解決GaN基LED內(nèi)部電容小和電流擴(kuò)展能力差的問(wèn)題，達(dá)到增大LED的內(nèi)部電容，改善GaN基LED電流擴(kuò)展能力，從而提高GaN基LED抗靜電能力，且能降低工作電壓，提高發(fā)光效率。但η型GaN層例如Si摻雜GaN層，存在張應(yīng)力，其應(yīng)力的釋放易導(dǎo)致后續(xù)生長(zhǎng)的例如發(fā)光層大量的晶體缺陷，并不利于發(fā)光效率的提高；同時(shí)這種多層的交替結(jié)構(gòu)或插入非摻雜GaN層，不僅生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且導(dǎo)致串聯(lián)電阻的增加，造成器件的電壓升高，發(fā)熱增大，也不適用于工藝化生產(chǎn)；且其改善ESD性能并不理想，由于存在ESD性能較差的隱患，造成最終的燈具出現(xiàn)容易死燈和良率不高的問(wèn)題，因此ESD性能的提高是一個(gè)比較值得關(guān)注的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的LED外延片在改善ESD性能方面不理想，易導(dǎo)致器件的電壓升高，發(fā)熱增大，且LED的發(fā)光效率也不高的技術(shù)問(wèn)題，提供一種能有效改善ESD性能，且發(fā)光效率增強(qiáng)使得LED亮度提高，不會(huì)引入缺陷，也不會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電阻的增加而使器件的電性變差，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單的LED外延片及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種LED外延片，包括依次層疊的襯底層、第一半導(dǎo)體層、插入層、發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層，其中，插入層為Ge摻雜GaN層。
[0007]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述LED外延片的制備方法，包括:在襯底層上順序生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層、插入層、發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層，其中，生長(zhǎng)插入層的步驟包括采用氣相外延生長(zhǎng)法在第一半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)Ge摻雜GaN層，其中，生長(zhǎng)所用鎵源為三甲基鎵、生長(zhǎng)所用氮源為氨氣，生長(zhǎng)所用摻雜源為GeH4。
[0008]本發(fā)明的LED外延片具有的有益效果:
(I)利用在第一半導(dǎo)體層與發(fā)光層之間插入Ge摻雜GaN層有利于電子在到達(dá)發(fā)光層前的橫向擴(kuò)散，提高電流的均勻性，電流均勻性的提高有利于發(fā)光層的發(fā)光效率的增強(qiáng)，從而使得LED的亮度提高。
[0009](2 ) Ge摻雜GaN層相當(dāng)于一層電容層，在提供反向電壓的情況下抑制了耗盡層向第一半導(dǎo)體層的擴(kuò)散，提升了器件的電容性能，從而提高了 ESD性能。
[0010](3) Ge摻雜GaN不會(huì)產(chǎn)生張應(yīng)力，不會(huì)對(duì)其他層存在影響，不會(huì)引入晶體缺陷等。
[0011](4)通過(guò)在第一半導(dǎo)體層與發(fā)光層之間插入Ge摻雜的GaN層，不僅工藝簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，而且不會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電阻的增加，不會(huì)造成器件的電壓升高、發(fā)熱增大，不會(huì)導(dǎo)致器件的電性變差。
[0012](5) Ge摻雜GaN層本身具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能應(yīng)用于本發(fā)明的LED外延層中，利用Ge摻雜濃度高的作用增強(qiáng)電流均勻性，能更好的改善ESD性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的LED外延片結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0015]本發(fā)明提供了一種LED外延片，包括依次層疊的襯底層、第一半導(dǎo)體層、Ge摻雜GaN層、發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層，能有效改善ESD性能，且發(fā)光效率增強(qiáng)使得LED亮度提高，不會(huì)引入缺陷，也不會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電阻的增加而使器件的電性變差，同時(shí)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)。
[0016]Ge摻雜GaN層中Ge的摻雜濃度為n，優(yōu)選，2E+16 CM_3<n<3E+19 CM3，進(jìn)一步優(yōu)，5E+18 CM_3〈n〈2E+19 CM_3，高的Ge摻雜量能更進(jìn)一步有利于電子在到達(dá)量子阱前的橫向擴(kuò)散，提高電流的均勻性，提升LED的電容性能，進(jìn)一步改善ESD性能。
[0017]Ge摻雜GaN層的厚度為h,優(yōu)選，0〈h〈100nm,進(jìn)一步優(yōu)選,5 nm <h<20 nm,進(jìn)一步改善LED的性能。
[0018]第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層本發(fā)明沒(méi)有限制，可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，例如第一半導(dǎo)體層為η型氮化鎵層，第二半導(dǎo)體層為P型氮化鎵層，也可以第一半導(dǎo)體層為P型氮化鎵層，第二半導(dǎo)體層為η型氮化鎵層，本發(fā)明優(yōu)選，第一半導(dǎo)體層為η型氮化鎵層,第二半導(dǎo)體層為P型氮化鎵層。
[0019]進(jìn)一步優(yōu)選，η型氮化鎵層為Si摻雜GaN層，較佳情況下，Si摻雜GaN層的厚度為f2um。Si摻雜GaN層可以為摻雜濃度均一的單一層，本發(fā)明優(yōu)選，Si摻雜GaN層包括依次層疊的第一子層、第二子層、第三子層和第四子層；所述第一子層的厚度為10(T400nm，所述第一子層的Si的摻雜濃度為1E+18飛E+18 Cr3 ;所述第二子層的厚度為40(T800nm，所述第二子層的Si的摻雜濃度為5E+18~1E+19 CM—3 ;所述第三子層的厚度為10(T400nm，所述第三子層的Si的摻雜濃度為1E+18飛E+18 CM—3 ;所述第四子層的厚度為10(T400nm，所述第四子層的Si的摻雜濃度為1E+17~1E+18 CM—3，通過(guò)不同的摻雜濃度層，Si的梯度摻雜濃度，進(jìn)一步有利于電子的橫向擴(kuò)散，提高電流的均勻性，提升LED的發(fā)光性能。
[0020]優(yōu)選，P型氮化鎵層為Mg摻雜的GaN層，較佳情況下，Mg摻雜GaN層的厚度為20(T300nm，進(jìn)一步優(yōu)化晶體質(zhì)量，優(yōu)化電壓和發(fā)光效率。
[0021]為了進(jìn)一步改善外延片的晶體質(zhì)量，優(yōu)選，襯底層和第一半導(dǎo)體層之間還層疊有緩沖層和本征氮化鎵層，所述緩沖層與襯底層接觸，所述本征氮化鎵層與第一半導(dǎo)體層接觸。緩沖層本發(fā)明沒(méi)有限制，一般起改善晶體質(zhì)量，減少外延片缺陷的作用，材料可以為氮化鎵、氮化鋁、氮化鋁鎵中的一種。本發(fā)明優(yōu)選，緩沖層為GaN層，GaN層表面具有凸起，形成島狀結(jié)構(gòu)。本征氮化鎵層是指非故意摻雜的氮化鎵層，其生長(zhǎng)溫度與緩沖層的GaN片層生長(zhǎng)溫度不一樣，其為第一半導(dǎo)體層提供基礎(chǔ)平面層，是第一半導(dǎo)體層生長(zhǎng)的平臺(tái)，能夠消除襯底層和緩沖層的表面缺陷，提高第二半導(dǎo)體層的晶格質(zhì)量，優(yōu)選，本征氮化鎵層的厚度為1.5~3μ m。其中，緩沖層和本征氮化鎵層在LED外延層中一般為過(guò)渡層。
[0022]優(yōu)選，發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層之間還設(shè)有阻擋層，可以進(jìn)一步防止電子擴(kuò)充到P型氮化鎵層，防止LED發(fā)熱，優(yōu)選，阻擋層的厚度為2(Tl00nm。阻擋層的材料本發(fā)明沒(méi)有限制，例如可以為AlGaN層。`
[0023]發(fā)光層為量子阱發(fā)光層，生長(zhǎng)在第一半導(dǎo)體層例如η型氮化鎵層上，量子阱的結(jié)構(gòu)本發(fā)明沒(méi)有限制，例如可以為Ir^GahN/GaWO < x < I)量子阱結(jié)構(gòu)，也可以為InxGapxN/AlyGa1^N (O < X < l、0<y< I)、AlxGayIn1^yN/GaN (O < x < l、0<y< 1、x+y <1)、AlxGayIn1_x_yN/AlzGa1_zN((0 < x < 1、0 < y < l、x+y < l、z < I)中的一種或幾種組合形成的量子阱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明優(yōu)選，發(fā)光層包括依次層疊的多個(gè)InGaN/GaN單元層，其中，InGaN/GaN單元層為依次層疊的InGaN層和GaN層。優(yōu)選，InGaN/GaN單元層的個(gè)數(shù)為5~15個(gè)，即具有5~15個(gè)周期的InGaN/GaN單元層，較佳情況為10個(gè)周期，發(fā)光層通過(guò)InGaN/GaN單元層周期排列而成。周期排列是指周期交替層疊排列，例如按第一氮化銦鎵半導(dǎo)體薄層、第一氮化鎵半導(dǎo)體薄層、第二氮化銦鎵半導(dǎo)體薄層、第二氮化鎵半導(dǎo)體薄層這樣排列下去。優(yōu)選，每層InGaN層的厚度為f 4nm，每層GaN層的厚度為6~15nm，進(jìn)一步有利于提高內(nèi)量子效率。發(fā)光層是通過(guò)空穴和電子在量子阱層中復(fù)合產(chǎn)生光子，將電能轉(zhuǎn)化成光能，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體發(fā)光。
[0024]襯底層本發(fā)明沒(méi)有限制，可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種LED生長(zhǎng)襯底，例如藍(lán)寶石基體、碳化硅基體、砷化鎵基體、氧化鋅基體或鋁酸鋰基體等，襯底層可以是平面襯底層，也可以在其表面制作出規(guī)則或者不規(guī)則形狀的圖形，本發(fā)明沒(méi)有限制。[0025]LED外延片中還可以根據(jù)需要含有其他功能層等，本發(fā)明沒(méi)有限制，例如可以在第二半導(dǎo)體層表面印刷有梳狀透明導(dǎo)電層等。
[0026]本發(fā)明同時(shí)提供了上述LED外延片的制備方法，包括:在襯底層上順序生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層、插入層、發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層，其中，生長(zhǎng)插入層的步驟包括采用氣相外延生長(zhǎng)法以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、GeH4作為摻雜源在第一半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)Ge摻雜
GaN 層。
[0027]氣相外延生長(zhǎng)法是指采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(M0CVD法)生長(zhǎng)，通過(guò)控制反應(yīng)腔內(nèi)的壓強(qiáng)、溫度、氣流量比例和反應(yīng)時(shí)間實(shí)現(xiàn)不同尺寸的外延橫向生長(zhǎng)。
[0028]優(yōu)選，生長(zhǎng)Ge摻雜GaN層的生長(zhǎng)溫度為900-?100?。GeH4的流量為I~IOsccm ?’三甲基鎵的流量為15(T300sccm ;氨氣的流量為2000(T30000sccm。生長(zhǎng)壓力為10(T400mbar，生長(zhǎng)Ge摻雜GaN層的時(shí)長(zhǎng)為10~100秒，生長(zhǎng)5nm〈h〈20 nm厚的Ge摻雜濃度為5E+18CM_3<n<2E+19 CM-3 的 Ge 摻雜 GaN 層。
[0029]進(jìn)一步優(yōu)選,步驟包括:
SI，前處理:對(duì)襯底層進(jìn)行前處理；
前處理可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種前處理，例如清洗等。
[0030]S2，第一半導(dǎo)體層的制備:在90(Tll0(rC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、SiH4作為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法生長(zhǎng)f 2um厚的Si摻雜GaN層；
S3，Ge摻雜GaN層的制備:在90(Tll0(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、GeH4作為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法在第一半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)l(T50nm厚的Ge摻雜GaN層；
S4,發(fā)光層的制備包括:
S41、在65(T800°C溫度以三甲基銦作為銦源、三乙基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源采用氣相外延生長(zhǎng)法生長(zhǎng)4nm厚的InGaN層；
較佳情況下，三甲基銦的流量為50(T800SCCm，三乙基鎵的流量為5(Tl50sCCm，氨氣的流量為2500(T40000sccm。生長(zhǎng)壓力為30(T500mbar，生長(zhǎng)每層InGaN層的時(shí)長(zhǎng)為80~150秒。
[0031]S42、在80(T90(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源采用氣相外延生長(zhǎng)法在InGaN層上生長(zhǎng)6~15nm厚的GaN層，
較佳情況下，三乙基鎵的流量為30(T500sccm，氨氣的流量為2500(T40000sccm。生長(zhǎng)壓力為30(T500mbar，生長(zhǎng)每層GaN層的時(shí)長(zhǎng)為300~500秒。
[0032]重復(fù)步驟S41、S42至少I(mǎi)次，如此循環(huán)往復(fù)，順序生長(zhǎng)多個(gè)InGaN/GaN單元層； S5，第二半導(dǎo)體層的制備:在90(Ti00(rc溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、二
茂鎂作為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法生長(zhǎng)20(T300nm厚的P_GaN。
[0033]較佳情況下，三甲基鎵的流量為2(Tl00sccm，氨氣的流量為3000(T45000sccm，二茂鎂的流量為80(Tl500sccm。生長(zhǎng)壓力為10(T300mbar，生長(zhǎng)P型GaN層的時(shí)長(zhǎng)為900~1300秒。
[0034]優(yōu)選，步驟S2包括:
S21，在90(Tll0(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、SiHJt為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法生長(zhǎng) IOOlOOnm厚的摻雜濃度為1E+18~6E+18 CM—3的Si摻雜GaN層，所述SiH4的流量為r8sCCm;較佳情況下，三甲基鎵的流量為30(T400SCCm，氨氣的流量為30000"40000sccm,生長(zhǎng)壓力為15(T300mbar，生長(zhǎng)此濃度Si摻雜GaN層的時(shí)長(zhǎng)為200~400秒。
[0035]S22，在90(Tll0(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、SiH4作為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法在步驟S21所得的Si摻雜GaN層上生長(zhǎng)40(T800nm厚的摻雜濃度為5E+18~1E+19 CM—3的Si摻雜GaN層，所述SiH4的流量為8~15sccm ;較佳情況下，三甲基鎵的流量為30(T400sccm，氨氣的流量為3000(T40000sccm，生長(zhǎng)壓力為15(T300mbar，生長(zhǎng)此濃度Si摻雜GaN層的時(shí)長(zhǎng)為1000~1500秒。
[0036]S23，在90(Tll0(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、SiH4作為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法在步驟S22所得的Si摻雜GaN層上生長(zhǎng)10(T400nm厚的摻雜濃度為1E+18~6E+18 CM—3的Si摻雜GaN層，所述SiH4的流量為4~8sccm ;較佳情況下，三甲基鎵的流量為30(T400sccm，氨氣的流量為3000(T40000sccm。生長(zhǎng)壓力為15(T300mbar，生長(zhǎng)此濃度Si摻雜GaN層的時(shí)長(zhǎng)為100-400秒。
[0037]S24，在90(Tll0(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、SiH4作為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法在步驟S23所得的Si摻雜GaN層上生長(zhǎng)10(T400nm厚的摻雜濃度為1E+17~1E+18 CM—3的Si摻雜GaN層，所述SiH4的流量為I~5sccm。較佳情況下，三甲基鎵的流量為30(T400sccm，氨氣的流量為3000(T40000sccm，生長(zhǎng)壓力為15(T300mbar，生長(zhǎng)此濃度Si摻雜GaN層的時(shí)長(zhǎng)為100-300秒。
[0038]生長(zhǎng)梯度摻雜濃度的Si摻雜GaN的η型GaN層。
[0039]優(yōu)選，步驟SI之后，步驟S2之前還包括:
Α、緩沖層的制備:在50(T60(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源在襯底層上生長(zhǎng)2(T40nm厚的GaN層，再在100(Tl050°C溫度下高溫處理250~350秒。
[0040]較佳情況下具 體步驟可以為先用NH3對(duì)襯底層在50(T70(TC下進(jìn)行氮化處理200^400秒，然后通入三甲基鎵(TMGa)在襯底層上沉積2(T40nm厚的GaN層，再經(jīng)過(guò)100(Tl05(rC的高溫處理250~350秒。
[0041]B、本征氮化鎵層的制備:在90(Tll0(rC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源在緩沖層上生長(zhǎng)1.5~3μ m厚的非摻雜的GaN層。較佳情況下，三甲基鎵的流量為20(T300sccm，氨氣的流量為2000(T40000sccm。生長(zhǎng)壓力為10(T300mbar，生長(zhǎng)非摻雜的GaN層的時(shí)長(zhǎng)為3000~4000秒。
[0042]優(yōu)選，步驟S4之后，步驟S5之前還包括:
C、阻擋層的制備:在90(Ti00(rc溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、三甲基鋁和二茂鎂作為摻雜源在發(fā)光層上生長(zhǎng)2(Tl00nm厚的AlGaN層。較佳情況下，三甲基鎵的流量為4(Tl00sccm，氨氣的流量為3000(T45000sccm，三甲基鋁的流量為5(Tl00sccm、二茂鎂的流量為80(Tl500sccm。生長(zhǎng)壓力為10(T300mbar，生長(zhǎng)非摻雜的GaN層的時(shí)長(zhǎng)為100~200秒。
[0043]優(yōu)選，整個(gè)制備過(guò)程中,通入純氫氣或氮?dú)庾鳛檩d氣。
[0044]在本發(fā)明提供的LED外延片的制備方法中，各層的生長(zhǎng)設(shè)備、工藝和材料的選取已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，因此不再贅述。
[0045]實(shí)施例1
整個(gè)制備過(guò)程中以純氫氣(H2)作為載氣，制備的樣品結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。[0046](I)采用藍(lán)寶石作為襯底層I，通過(guò)MOCVD利用NH3 (流量為20000sccm)先對(duì)藍(lán)寶石襯底層I在530°C進(jìn)行氮化處理150s，然后通入TMGa (流量為75sccm) 140s在藍(lán)寶石襯底層I上沉積30nm左右厚度的GaN層，再經(jīng)過(guò)1070°C的高溫處理270s，在襯底層上制得緩沖層2。
[0047](2)在溫度為1050°C時(shí)以TMGa (流量為220sccm)和NH3 (流量為36000sccm)為源，生長(zhǎng)3800s，在緩沖層2上生長(zhǎng)2 μ m的非摻雜的GaN層3。
[0048](3)在溫度為 1050°C 以 TMGa (流量為 270sccm)和 NH3 (流量為 36000sccm)為源，同時(shí)以SiH4 (流量為6sccm)為摻雜源生長(zhǎng)300s，在緩沖層上生長(zhǎng)200nm摻雜濃度4E+18CM-3的硅摻雜GaN層。然后以TMGa (流量為270sccm)和NH3 (流量為36000sccm)為源，同時(shí)以SiH4 (流量為12sccm)為摻雜源生長(zhǎng)1200s，生長(zhǎng)600nm摻雜濃度8E+18 CM_3的硅摻雜GaN層。再以TMGa (流量為75sccm)和NH3 (流量為36000sccm)為源，同時(shí)以SiH4 (流量為6sccm)為摻雜源生長(zhǎng)300s，生長(zhǎng)200nm摻雜濃度4E+18 CM—3的硅摻雜GaN層。最后以TMGa (流量為75sccm)和NH3 (流量為36000sccm)為源，同時(shí)以SiH4 (流量為Isccm)為摻雜源生長(zhǎng)300s，生長(zhǎng)200nm摻雜濃度3E+17 CM—3的硅摻雜GaN層。最后制得1.2 μ m摻Si的η型GaN層4。
[0049](4)在溫度為1050°C以TMGa (流量為75sccm)和NH3 (流量為36000sccm)為源，并且以GeH4 (流量為8sccm)生長(zhǎng)20s制得厚度為IOnm Ge摻雜濃度為1E+19CM—3的Ge摻雜GaN層5 ο
[0050](5)在溫度為 750°C 以 TMIn (流量為 650sccm)、TEGa (流量為 92.5sccm)、NH3 (流量為36000SCCm)為源生長(zhǎng)10周期InGaN/GaN量子阱制得發(fā)光層6，其中，每層InGaN層的生長(zhǎng)時(shí)間為110s，制得厚度為3nm，每層GaN層的生長(zhǎng)時(shí)間為200s，制得厚度為12nm。
[0051](6)以 TMGa (流量為 50scmm)、TMAl (流量為 50sccm)、Cp2Mg (流量為 1250sccm)和NH3 (流量為36000)為源在920°C時(shí)，生長(zhǎng)AlGaN阻擋層7，生長(zhǎng)時(shí)間為150s，生長(zhǎng)厚度為50nmo
[0052](7)最后以 TMGa (流量為 75sccm)、Cp2Mg (流量為 900sccm)和 NH3 (流量為36000sccm)為源在960°C時(shí)，生長(zhǎng)P型GaN層8，生長(zhǎng)時(shí)間為1200s，生長(zhǎng)厚度為250nm。
[0053]本發(fā)明的LED外延片具有的有益效果:
(I)利用在第一半導(dǎo)體層與發(fā)光層之間插入Ge摻雜GaN層有利于電子在到達(dá)發(fā)光層前的橫向擴(kuò)散，提高電流的均勻性，電流均勻性的提高有利于發(fā)光層的發(fā)光效率的增強(qiáng)，從而使得LED的亮度提高。
[0054](2 ) Ge摻雜GaN層相當(dāng)于一層電容層，在提供反向電壓的情況下抑制了耗盡層向第一半導(dǎo)體層的擴(kuò)散，提升了器件的電容性能，從而提高了 ESD性能。
[0055](3) Ge摻雜GaN不會(huì)產(chǎn)生張應(yīng)力，不會(huì)對(duì)其他層存在影響，不會(huì)引入晶體缺陷等。
[0056](4)簡(jiǎn)單通過(guò)在第一半導(dǎo)體層與發(fā)光層之間插入Ge摻雜的GaN層，不僅工藝簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，而且不會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電阻的增加，不會(huì)造成器件的電壓升高、發(fā)熱增大，不會(huì)導(dǎo)致器件的電性變差。
[0057](5)同時(shí)本發(fā)明的Ge摻雜GaN層具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，利用Ge摻雜濃度高的作用增強(qiáng)電流均勻性，能更好的改善ESD性能。
[0058]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(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】
1.一種LED外延片，其特征在于，包括依次層疊的襯底層、第一半導(dǎo)體層、插入層、發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層，所述插入層為Ge摻雜GaN層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述Ge摻雜GaN層中Ge的摻雜濃度為 n，其中，2E+16 CM-3〈n〈3E+19 CM'
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED外延片，其特征在于，所述Ge摻雜GaN層中Ge的摻雜濃度為 n，其中，5E+18 CM-3〈n〈2E+19 CM'
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述Ge摻雜GaN層的厚度為h，其中，0〈h〈100nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED外延片，其特征在于，所述Ge摻雜GaN層的厚度為h，其中，5 nm <h〈20 nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層為η型氮化鎵層，第二半導(dǎo)體層為P型氮化鎵層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED外延片，其特征在于，所述n型氮化鎵層為Si摻雜GaN層，所述Si摻雜GaN層的厚度為f2um。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED外延片，其特征在于，所述Si摻雜GaN層包括依次層疊的第一子層、第二子層、第三子層和第四子層；所述第一子層的厚度為100~400nm，所述第一子層的Si的摻雜濃度為1E+18飛E+18 CM—3 ;所述第二子層的厚度為400~800nm，所述第二子層的Si的摻雜濃度為5E+18~1E+19 CM—3 ;所述第三子層的厚度為100~400nm，所述第三子層的Si的摻雜濃度為1E+18飛E+18 CM—3 ;所述第四子層的厚度為100~400nm，所述第四子層的Si的摻雜濃度為1E+17~1E+18 CM—3。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述襯底層和第一半導(dǎo)體層之間還層疊有緩沖層和本征氮化鎵層，所述緩沖層與襯底層接觸，所述本征氮化鎵層與第一半導(dǎo)體層接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED外延片，其特征在于，所述緩沖層為GaN層，所述本征氮化鎵層的厚度為1.5~3μ m。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層之間還設(shè)有阻擋層，所述阻擋層的厚度為20~l00nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述發(fā)光層包括依次層疊的多個(gè)InGaN/GaN單元層，所述InGaN/GaN單元層為依次層疊的InGaN層和GaN層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述InGaN/GaN單元層的個(gè)數(shù)為5~15個(gè)，InGaN/GaN單元層中的InGaN層的厚度為1~4nm，InGaN/GaN單元層中的GaN層的厚度為6~15nm。
14.一種如權(quán)利要求1所述的LED外延片的制備方法，其特征在于，包括:在襯底層上順序生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層、插入層、發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層，其中，生長(zhǎng)插入層的步驟包括采用氣相外延生長(zhǎng)法在第一半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)Ge摻雜GaN層，其中，生長(zhǎng)所用鎵源為三甲基鎵、生長(zhǎng)所用氮源為氨氣，生長(zhǎng)所用摻雜源為GeH4。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制備方法，其特征在于，生長(zhǎng)Ge摻雜GaN層的生長(zhǎng)溫度為900^1100O℃
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制備方法，其特征在于，GeH4的流量為1~sccm;三甲基鎵的流量為15(T300sccm ;氨氣的流量為2000(T30000sccm。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制備方法，其特征在于，生長(zhǎng)Ge摻雜GaN層的時(shí)長(zhǎng)為I(Tioo 秒。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制備方法，其特征在于，步驟包括: SI，前處理:對(duì)襯底層進(jìn)行前處理； S2，第一半導(dǎo)體層的制備:在90(Tii0(rc溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、SiH4作為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法生長(zhǎng)f 2um厚的Si摻雜GaN層； S3，Ge摻雜GaN層的制備:在90(Tll0(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、GeH4作為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法在第一半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)l(T50nm厚的Ge摻雜GaN層； S4,發(fā)光層的制備包括: 541、在65(T800°C溫度以三甲基銦作為銦源、三乙基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源采用氣相外延生長(zhǎng)法生長(zhǎng)4nm厚的InGaN層； 542、在80(T90(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源采用氣相外延生長(zhǎng)法在InGaN層上生長(zhǎng)6~15nm厚的GaN層， 重復(fù)步驟S41、S42至少I(mǎi)次，如此循環(huán)往復(fù)，順序生長(zhǎng)多個(gè)InGaN/GaN單元層； S5，第二半導(dǎo)體層的制備:在90(Tl00(rC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、二茂鎂作為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法生長(zhǎng)20(T300nm厚的P_GaN。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S2包括: S21，在90(Tll0(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、SiH4作為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法生長(zhǎng)10(T400nm厚的摻雜濃度為1E+18~6E+18 CM—3的Si摻雜GaN層，所述SiH4的流量為4~8sccm ； S22，在90(Tll0(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、SiHJt為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法在步驟S21所得的Si摻雜GaN層上生長(zhǎng)40(T800nm厚的摻雜濃度為5E+18~1E+19 CM-3的Si摻雜GaN層，所述SiH4的流量為8~15sccm ； S23，在90(Tll0(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、SiHJt為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法在步驟S22所得的Si摻雜GaN層上生長(zhǎng)10(T400nm厚的摻雜濃度為1E+18~6E+18 CM—3的Si摻雜GaN層，所述SiH4的流量為Osccm ； S24，在90(Tll0(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、SiHJt為摻雜源采用氣相外延生長(zhǎng)法在步驟S23所得的Si摻雜GaN層上生長(zhǎng)10(T400nm厚的摻雜濃度為1E+17~1E+18 CM-3的Si摻雜GaN層，所述SiH4的流量為I~5sccm。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制備方法，其特征在于，所述步驟SI之后，步驟S2之前還包括: A、緩沖層的制備:在50(T60(TC溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源在襯底層上生長(zhǎng)2(T40nm厚的GaN層，再在100(Tl050°C溫度下高溫處理250~350秒； B、本征氮化鎵層的制備:在90(Tll0(rC度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源在緩沖層上生長(zhǎng)1.5~3μ m厚的非摻雜的GaN層。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S4之后，步驟S5之前還包括: C、阻擋層的制備:在90(Ti00(rc溫度以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源、三甲基鋁和二茂鎂作為摻雜源在發(fā)光層上生長(zhǎng)2(Tl00nm厚的AlGaN層。
22.根據(jù)權(quán)利要求14 所述的制備方法，其特征在于，制備過(guò)程中，通入純氫氣或氮?dú)庾鳛檩d氣。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103579428SQ201210266632
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月30日
【發(fā)明者】陳飛 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司