一種新型GaN基LED結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種新型GaN基LED結(jié)構(gòu)，包括高溫?fù)诫sMg的p型GaN層，和摻雜Si的n型GaN層，所述摻雜Si的n型GaN層在所述高溫?fù)诫sMg的p型GaN層之上，還包括高摻雜Mg的p+-GaN層，和高摻雜Si的n+型GaN層，高溫生長(zhǎng)p型GaN外延層可以顯著提高其晶體質(zhì)量及其中Mg的活化率以及空穴濃度和遷移率，避免了在量子阱(MQW)有源區(qū)上高溫生長(zhǎng)p型GaN外延層對(duì)量子阱的破壞；在n+-GaN層中的Si原子可以有效地抑制GaN外延層的點(diǎn)缺陷的形成和發(fā)光淬滅現(xiàn)象，p+-GaN層有助于提高空穴電流的注入效率并降低工作電流,可以同時(shí)提高晶體質(zhì)量和發(fā)光效率。
【專利說明】一種新型GaN基LED結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新型GaN基LED結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體光電子器件的制備領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]氮化鎵(GaN)基發(fā)光二極管(LED)在全色顯示和固態(tài)照明等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，這都取決于摻雜Mg的ρ型GaN的生長(zhǎng)得以了實(shí)現(xiàn)，高亮度藍(lán)光和綠光LED的生產(chǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，并在商業(yè)應(yīng)用上的地位顯得越來越重要。LED的最初的基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)同質(zhì)的PN結(jié)，為了提高發(fā)光的效率，后來在PN結(jié)的中間加上了多層的量子阱結(jié)構(gòu)，即multiplequantum Well(MQff)0目前的LED結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)都是先生長(zhǎng)η型的GaN,接著生長(zhǎng)中間的量子講(MQW)結(jié)構(gòu)，再生長(zhǎng)ρ型的GaN層，即η型-GaN/MQW/p型-GaN結(jié)構(gòu)LED，這就是商業(yè)上應(yīng)用的藍(lán)、綠光LED的基本結(jié)構(gòu)。
[0003]如中國(guó)專利201080019516就是采用這種η型-GaN/MQW/p型-GaN。主要原因在于:1.η型GaN外延層的晶體質(zhì)量通常要好于ρ型GaN外延層，所以在η型GaN層上能獲得高質(zhì)量的MQW有源區(qū)；2.η型-GaN中摻雜的Si施主(表示貢獻(xiàn)電子的原子)很容易被激活，η型-GaN的電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于ρ型-GaN的電導(dǎo)率，因此在η型-GaN/MQW/p型-GaN結(jié)構(gòu)的LED中可以實(shí)現(xiàn)高電流擴(kuò)展和低工作電壓。在高摻雜Si的n+型GaN上生長(zhǎng)粗糙的摻雜Mg的ρ型隧穿層，然后再依次生長(zhǎng)ρ型GaN，Mg和Si共摻雜中間層，MQW有源區(qū)和η型GaN可以制作出工作電壓在3.5伏的ρ型-GaN/MQW/n型-GaN結(jié)構(gòu)LED，其中引入Mg和Si共摻雜中間層可以顯著地提高M(jìn)QW有源區(qū)的晶體質(zhì)量和發(fā)光效率，引入高摻雜η型GaN和摻雜Mg的ρ型隧穿層是為了有效地降低工作電壓。由于Mg在ρ型GaN外延層中的活化能很高，低溫生長(zhǎng)的摻雜Mg的ρ型GaN的晶體質(zhì)量不夠高，載流子濃度低，電阻率很高，所以需要新的器件結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)方法來提高LED的性能。
[0004]如中國(guó)專利201080019516所述，目前商業(yè)上應(yīng)用的LED的基本的結(jié)構(gòu)就是先η型GaN,中間生長(zhǎng)多層量子阱結(jié)構(gòu)(MQW)，再生長(zhǎng)ρ型GaN層。雖然GaN基LED已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但其性能仍有待進(jìn)一步提高，比如說降低工作電壓、提高發(fā)光效率和亮度以及產(chǎn)品可靠性等關(guān)鍵問題。在GaN外延層中摻雜Mg作為受主，即生長(zhǎng)高質(zhì)量的ρ型GaN層一直是整個(gè)LED結(jié)構(gòu)中需要攻克的難題，主要體現(xiàn)在如何得到高的空穴濃度和遷移率。一方面，GaN外延層中Mg的活化需要較高的生長(zhǎng)溫度，然而高溫生長(zhǎng)ρ型GaN會(huì)嚴(yán)重影響中間多層量子阱(MQW)的質(zhì)量，尤其是InGaN量子阱中In (銦)原子向GaN勢(shì)壘層擴(kuò)散會(huì)破壞多層量子阱的晶體質(zhì)量和量子效應(yīng)，從而影響了整個(gè)LED的發(fā)光效率；另一方面，如果P型GaN層中Mg的活化效率不高，會(huì)影響到整個(gè)LED的工作電壓。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為此，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中GaN基LED發(fā)光效率不高、工作電壓高的問題，從而提出一種新型的GaN基LED結(jié)構(gòu)。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型首先提供一種GaN基LED結(jié)構(gòu)，包括摻雜Mg的ρ型GaN層，和摻雜Si的η型GaN層，所述摻雜Mg的ρ型GaN層在摻雜Si的η型GaN層下方。
[0007]所述GaN基LED結(jié)構(gòu)還包括高摻雜Mg的P+-GaN層，和高摻雜Si的η.型GaN層，所述高溫?fù)诫sMg的ρ型GaN層在所述高摻雜Mg的P+-GaN層上方，所述高摻雜Mg的P+-GaN層在高摻雜Si的η+型GaN層上方。
[0008]具體的說，所述GaN基LED結(jié)構(gòu)從下往上依次包括:圖形化藍(lán)寶石襯底，20_30nm不摻雜的GaN緩沖層，2000-2500nm不摻雜的GaN緩沖層，3000nm摻雜Si的η型GaN，20至40nm高慘雜Si的η+型GaN, 20至40nm高慘雜Mg的p+型GaN, 1000至1500nm慘雜Mg的P型GaN，2-4周期InxGai_xN/GaN淺MQW，InyGai_yN/GaN MQff有源區(qū)的量子阱層(其中y大于X)，GaN勢(shì)壘層，摻雜Si的η型GaN層，和摻雜Si的InGaN歐姆接觸層。
[0009]本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]1，由于在中高溫生長(zhǎng)ρ型GaN外延層可以顯著提高其晶體質(zhì)量及其中Mg的活化率以及空穴濃度和遷移率；
[0011]2，避免了在量子阱(MQW)有源區(qū)上高溫生長(zhǎng)P型GaN外延層對(duì)量子阱的破壞；
[0012]3，在n+-GaN層中的Si原子可以有效地抑制GaN外延層的點(diǎn)缺陷的形成和發(fā)光淬滅現(xiàn)象，P+-GaN層有助于提高空穴電流的注入效率并降低工作電流，因此在P+-GaN層和n+-GaN層生長(zhǎng)GaN基LED，可以同時(shí)提高晶體質(zhì)量和發(fā)光效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0014]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中GaN型LED結(jié)構(gòu)；
[0015]圖2是本實(shí)用新型所述的新型GaN基LED結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0016]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，圖2是本實(shí)用新型所述的新型GaN基LED結(jié)構(gòu)，從下往上依次包括:氫氣氛圍中處理圖形化藍(lán)寶石襯底，20-30nm不摻雜的GaN緩沖層，2000-2500nm不摻雜的GaN緩沖層，3000nm摻雜Si的η型GaN，20至40nm高摻雜Si的n+型GaN, 20至40nm高慘雜Mg的p+型GaN, 1000至1500nm慘雜Mg的ρ型GaN, 2-4周期InxGai_xN/GaN淺MQW，InyGai_yN/GaN MQff有源區(qū)的量子阱層(其中y大于x)，GaN勢(shì)壘層，摻雜Si的η型GaN層，和摻雜Si的InGaN歐姆接觸層。
[0017]本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，高溫生長(zhǎng)ρ型GaN外延層可以顯著提高其晶體質(zhì)量及其中Mg的活化率以及空穴濃度和遷移率，避免了在量子阱(MQW)有源區(qū)上高溫生長(zhǎng)ρ型GaN外延層對(duì)量子阱的破壞，在n+-GaN層中的Si原子可以有效地抑制GaN外延層的點(diǎn)缺陷的形成和發(fā)光淬滅現(xiàn)象，P+-GaN層有助于提高空穴電流的注入效率并降低工作電流，因此在P+-GaN層和n+-GaN層生長(zhǎng)GaN基LED，可以同時(shí)提高晶體質(zhì)量和發(fā)光效率。
[0018]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本實(shí)用新型創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基LED結(jié)構(gòu)，包括高溫?fù)诫sMg的p型GaN層，和摻雜Si的η型GaN層，其特征在于，所述摻雜Si的η型GaN層在所述高溫?fù)诫sMg的ρ型GaN層之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaN基LED結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括高摻雜Mg的P+-GaN層，和高摻雜Si的η+型GaN層，所述高溫?fù)诫sMg的ρ型GaN層在所述高摻雜Mg的P+-GaN層之上，所述高摻雜Mg的P+-GaN層在高摻雜Si的η+型GaN層之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種GaN基LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述GaN基LED結(jié)構(gòu)從下往上依次包括:圖形化藍(lán)寶石襯底，20-30nm U-GaN緩沖層，2000_2500nm U-GaN緩沖層，3000nm η型GaN, 20至40nm高慘雜Si的η+型GaN, 20至40nm高慘雜Mg的p+型GaN,1000 至 1500nm 摻雜 Mg 的 ρ 型 GaN，2-4 周期 InxGahNAiaN 淺 MQW，9-15 周期 InyGa^yNAiaNMQW有源區(qū)，其中y大于X，GaN勢(shì)壘層，摻雜Si的η型GaN層和摻雜Si的InGaN歐姆接觸層。
【文檔編號(hào)】H01L33/20GK203733827SQ201320881509
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】楊曉杰, 李曉東 申請(qǐng)人:蘇州矩陣光電有限公司