一種led制備方法、led和芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種LED制備方法、LED和芯片，方法包括：在襯底上生成緩沖層；在緩沖層上依次生長(zhǎng)非摻雜的氮化鎵層和N型氮化鎵層；在N型氮化鎵層上生長(zhǎng)至少一個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)；在最后生成的量子阱結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)電子阻擋層；在電子阻擋層上生長(zhǎng)至少一層插入層，插入層由P型氮化鎵層和銦鋁鎵氮層組成，銦鋁鎵氮層生長(zhǎng)在P型氮化鎵層之上；在最后生成的插入層上生長(zhǎng)P型氮化鎵層。本發(fā)明制備的LED具有高載流子遷移率插入層，空穴在此層能夠充分遷移和擴(kuò)散，因此能夠提高空穴的注入效率，從而有效降低工作電壓，LED發(fā)光效率增強(qiáng)，而且提高了空穴在P型層的分布均勻性，使得發(fā)光更加均勻，在該層電流能夠擴(kuò)散充分，有效提高了器件的抗靜電能力。
【專利說(shuō)明】一種LED制備方法、LED和芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode,簡(jiǎn)稱LED)領(lǐng)域,尤其涉及一種具有高載流子遷移率的銦鋁鎵氮(InAlGaN)插入層的LED制備方法、LED和芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]II1-V族半導(dǎo)體材料在發(fā)光照明、太陽(yáng)電池及大功率器件等領(lǐng)域得到了廣泛地的應(yīng)用，尤其以氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，是繼硅(Si)和砷化鎵(GaAs)之后的第三代半導(dǎo)體材料，受到了科研界及產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，而且GaN是制造藍(lán)綠光LED最主要的材料，在產(chǎn)業(yè)界開始全面地推行。
[0003]目前，氮化鎵LED的制備方法是通過(guò)僅在異質(zhì)襯底如藍(lán)寶石或者硅襯底上生長(zhǎng)外延層制備而成，然而在制備過(guò)程中易導(dǎo)致外延層產(chǎn)生位錯(cuò)，如此會(huì)限制空穴的注入，當(dāng)空穴的注入能力有限時(shí)，會(huì)導(dǎo)致氮化鎵LED發(fā)光效率降低，而且由于空穴本身存在遷移率低、擴(kuò)散長(zhǎng)度短等缺點(diǎn)，使得空穴從P型區(qū)遷移至量子阱有源區(qū)的效率非常低，即空穴在P型區(qū)擴(kuò)展能力有限，如此會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)的氮化鎵LED的抗靜電能力稍低，人體模式只能到達(dá)2000V左右，在強(qiáng)靜電環(huán)境中容易擊穿，同時(shí)，由于空穴二維擴(kuò)展能力較差，導(dǎo)致LED工作時(shí)電流遷移并不是均勻分布的，可能形成一個(gè)電流通道，會(huì)導(dǎo)致器件工作電壓偏高的問(wèn)題，也因此影響了發(fā)光效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種LED制備方法，通過(guò)在現(xiàn)有的LED中進(jìn)一步引入插入層，借助該插入層的高載流子遷移率解決現(xiàn)有技術(shù)中因空穴的注入能力有限，導(dǎo)致LED發(fā)光效率低及因空穴在P型區(qū)擴(kuò)展能力較差的缺陷，提高了所制備LED的抗靜電能力。
[0005]本發(fā)明還提供了上述LED制備方法制成的LED，通過(guò)引入具有高載流子遷移率插入層，有效提高了器件的抗靜電能力。
[0006]本發(fā)明還提供了包括上述LED的芯片，芯片工作電壓降低，發(fā)光亮度增大。
[0007]第一方面，本發(fā)明提供一種LED制備方法,包括:
[0008]在襯底上通過(guò)金屬源和氨氣反應(yīng)生成緩沖層；
[0009]在所述緩沖層上依次生長(zhǎng)非摻雜的氮化鎵(GaN)層和N型氮化鎵(N-GaN)層；
[0010]在所述N-GaN層上生長(zhǎng)至少一個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)，其中，所述量子阱結(jié)構(gòu)由量子壘層和量子阱層組成，所述量子阱層生長(zhǎng)在所述量子壘層之上；
[0011]在最后生成的所述量子阱結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)電子阻擋層；
[0012]在所述電子阻擋層上生長(zhǎng)至少一層插入層，其中，所述插入層由P型氮化鎵(P-GaN)層和銦鋁鎵氮(InAlGaN)層組成，所述InAlGaN層生長(zhǎng)在所述P-GaN層之上；
[0013]在最后生成的所述插入層上生長(zhǎng)P-GaN層。
[0014]一個(gè)具體方案中，控制反應(yīng)環(huán)境的溫度為500_550°C，壓力為200_600mbar，通入金屬源和氨氣，在襯底上形成厚度為IO-1OOnm的緩沖層，在具體的實(shí)施方案中，所述襯底可以為藍(lán)寶石、圖形化藍(lán)寶石、硅、碳化硅、氧化鋅、玻璃和銅等常規(guī)襯底材料中的任意一種，所述金屬源為第III A族金屬的烷基化物的一種或多種，如鎵、鋁和銦等的烷基化物，例如可以為三乙基鎵、三甲基鎵、三甲基鋁和三甲基銦中的一種或多種，所述氨氣用于提供氮源，根據(jù)所選的金屬源，對(duì)應(yīng)生成的緩沖層可以為GaN、InN、AlN等或混合物。所述生產(chǎn)緩沖層的操作可以使用本領(lǐng)域常用的反應(yīng)設(shè)備，例如可以為金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(metal-organic chemical vapor deposition,簡(jiǎn)稱:M0CVD)設(shè)備、分子束外延(Molecularbeam epitaxy,簡(jiǎn)稱:MBE)設(shè)備、氫化物氣相外延(Hydride vapor phase epitaxy,簡(jiǎn)稱:HVPE)設(shè)備等，本發(fā)明沒有特殊限定(也適用于本發(fā)明方案的其它步驟中)。反應(yīng)過(guò)程中通入金屬源和氨氣的時(shí)間可以具體根據(jù)金屬源和氨氣每分鐘的通入量來(lái)設(shè)定，當(dāng)金屬源和氨氣每分鐘的通入量較小時(shí)，適當(dāng)?shù)卦黾咏饘僭春桶睔獾耐ㄈ霑r(shí)間，以使最終生成的緩沖層的厚度在5-100nm范圍內(nèi)。
[0015]本發(fā)明的實(shí)施方案，緩沖層生成完成，控制溫度800?1100°C，壓力為200-600mbar，通入鎵源化合物和NH3，在所述緩沖層上形成厚度為500?2000nm的非摻雜的GaN層，其中，鎵源化合物可以為三乙基鎵或三甲基鎵，接著，控制溫度為1000?1100°C，壓力為200-600mbar，維持通入鎵源化合物和NH3,并摻入N型雜質(zhì)，所述N型雜質(zhì)的摻雜濃度為IxlO17?5xl019cnT3，在所述非摻雜的GaN層上形成厚度為1000?3000nm的N-GaN層。該過(guò)程中，由于適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫Νh(huán)境，緩沖層會(huì)發(fā)生分解與聚合，會(huì)在襯底表面擴(kuò)散并遷移，形成具有均勻分布的晶核結(jié)構(gòu)(可用“晶核島”形容)，此時(shí)通入的鎵源化合物和NH3則使緩沖層的晶核島長(zhǎng)大且合并，生成非摻雜的GaN層。
[0016]摻雜是本領(lǐng)域中的公知常識(shí)和手段，N型雜質(zhì)為制備LED中摻入的能夠提供導(dǎo)電電子，從而改善導(dǎo)電特性的一類雜質(zhì)，一般摻入的N型雜質(zhì)可以為娃或娃燒。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，完成非摻雜GaN層和N-GaN層的設(shè)置后，可以按照以下步驟進(jìn)行量子阱結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)，步驟1:控制溫度為800?900°C，壓力為200-600mbar，通入鎵源化合物和氨氣，在所述N-GaN層上生長(zhǎng)GaN量子壘層。在所述N-GaN層上生長(zhǎng)所述GaN量子壘層時(shí)，可以摻入N型雜質(zhì)形成N-GaN量子壘層，也可以不摻入N型雜質(zhì)，形成非摻雜的GaN量子壘層。其中，在本發(fā)明中，不管哪種量子壘層，量子壘層的厚度都為5-25nm，在本發(fā)明中量子壘層不限于只是GaN量子壘層，還可以為AlGaN量子壘層或InGaN量子壘層；步驟
2:控制溫度為700?800°C，壓力為200-600mbar，通入鎵源化合物、銦源化合物和氨氣，其中銦源化合物可以為三乙基銦、三甲基銦，在所述GaN量子壘層上生長(zhǎng)氮化鎵銦(InGaN)量子阱層，所述InGaN量子阱層為非摻雜的InGaN量子阱層，其中，在本發(fā)明中，不管哪種量子阱層，量子阱層的厚度都為l_5nm，所述InGaN量子阱層組成中，基于化學(xué)計(jì)量，銦(In)的摩爾含量為A，且0〈A〈1，即，InGaN量子阱層組成中In的摩爾含量表示單位摩爾InGaN中In的摩爾百分比。所述量子壘層和所述量子阱層組成一個(gè)厚度為6-30nm的量子阱結(jié)構(gòu)，需要說(shuō)明的是，量子壘層的厚度習(xí)慣上用壘寬來(lái)表示，量子阱層的厚度習(xí)慣上用阱寬來(lái)表示，一個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)的厚度習(xí)慣用周期厚度表示，周期厚度由阱寬加上壘寬。在本發(fā)明中，所述量子阱結(jié)構(gòu)的數(shù)量可以為1-50，通過(guò)上述步驟I和步驟2即得到I個(gè)所述量子阱結(jié)構(gòu)，當(dāng)所述量子阱結(jié)構(gòu)的數(shù)量為2個(gè)時(shí)，則步驟3:重復(fù)一次所述步驟I和步驟2制得第2個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)，即在步驟2生成的所述量子阱層上再生長(zhǎng)一個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)，若為多個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)，則根據(jù)量子阱的數(shù)量重復(fù)步驟I和步驟2，所述量子阱結(jié)構(gòu)為至少2個(gè)時(shí)，形成GaN/InGaN多量子阱的結(jié)構(gòu)。
[0018]本發(fā)明的實(shí)施方案中，完成量子阱結(jié)構(gòu)的生成后，控制溫度為800?900°C，壓力為200-600mbar，通入鎵源化合物和氨氣，在最后生成的所述量子阱結(jié)構(gòu)的所述量子阱層上再生長(zhǎng)一層所述GaN層，S卩，當(dāng)所述量子阱結(jié)構(gòu)為多量子阱結(jié)構(gòu)時(shí)，在最后生成的量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱層上生長(zhǎng)一層GaN層，該GaN層中可以摻入雜質(zhì)也可以不摻入雜質(zhì)，具體的可以參見步驟I中生成的所述GaN層；接著控制溫度為800-1000°C，壓力為200_600mbar，通入鎵源化合物、鋁源化合物、銦源化合物和氨氣，其中，鋁源化合物可以為三乙基鋁、三甲基鋁，在最后生長(zhǎng)的所述GaN層上繼續(xù)生長(zhǎng)一層InAlGaN電子阻擋層，所述InAlGaN電子阻擋層厚度為lO-lOOnm，所述InAlGaN電子阻擋層組成中In的摩爾含量為M，鋁(Al)的摩爾含量為N，鎵(Ga)的摩爾含量為1-M-N，其中，0〈M〈1，0〈N〈1。
[0019]本發(fā)明的實(shí)施方案中，在生長(zhǎng)了 InAlGaN電子阻擋層上可以通過(guò)步驟A和步驟B生成至少一層插入層，步驟A:控制溫度為900-1100°C，壓力為200-600mbar，通入鎵源化合物、P型雜質(zhì)和氨氣，在所述InAlGaN電子阻擋層上生長(zhǎng)所述P-GaN層，在本發(fā)明中，P型雜質(zhì)與N型雜不同的是:P型雜質(zhì)為制備LED中摻入的能夠提供空穴，從而改善導(dǎo)電特性的一類雜質(zhì)，一般P型雜質(zhì)可以為鎂，P型雜質(zhì)的摻雜濃度為IX IO18CnT3?5X 102°cm_3,所述P-GaN層厚度為10-200nm ;接著執(zhí)行步驟B:控制反應(yīng)環(huán)境的溫度為900-1100°C，壓力為200-600mbar，通入鎵源化合物、鋁源化合物、銦源化合物、P型雜質(zhì)和氨氣，在所述P-GaN層上生長(zhǎng)InAlGaN層，所述InAlGaN層厚度為l_5nm，所述InAlGaN層的P型雜質(zhì)的摻雜濃度為IX IO18CnT3?5X 102°cm_3，所述InAlGaN層組成中In的摩爾含量為M，Al的摩爾含量為N，Ga的摩爾含量為1-M-N，其中，0〈M〈1，0〈N〈1，所述P-GaN層和所述InAlGaN層組成所述插入層。
[0020]本發(fā)明的具體實(shí)施方案,可以通過(guò)步驟A和步驟B生成單層P-GaN/InAlGaN插入層，也可以為多層，所述插入層的層數(shù)范圍為1-20層，當(dāng)所述插入層為2層時(shí)，則執(zhí)行步驟C:重復(fù)一次步驟A和步驟B，所述插入層為多層時(shí)，根據(jù)插入層的層數(shù)依次重復(fù)步驟A和步驟B，形成{P-GaN/InAlGaN}超晶格結(jié)構(gòu)。
[0021]在上述方案中，最后，溫度控制為900-1100°C，壓力為200_600mbar，通入鎵源化合物、P型雜質(zhì)和氨氣，在最后生成的所述InAlGaN層上生長(zhǎng)一層厚度為10_200nm的P-GaN層，即:所述插入層為單層時(shí)，則在所述插入層的InAlGaN層上覆蓋一層P-GaN層，當(dāng)所述插入層為多層時(shí)，則在最后生成的所述InAlGaN層上覆蓋一層P-GaN層，所述P-GaN層中P型雜質(zhì)的摻雜濃度為I X IO18CnT3?5X IO2ciCnT3。
[0022]本發(fā)明提供的所述P-GaN/InAlGaN插入層中InAlGaN層為具有高載流子遷移率層，空穴在此層能夠充分遷移和擴(kuò)散，形成良好的空穴傳導(dǎo)層，而且具有高載流子遷移率層能夠提高空穴的注入效率，空穴注入效率提高能夠有效降低工作電壓，具有高載流子遷移率層還能夠提高空穴在P型層的分布均勻性，從而使得發(fā)光更加均勻，而傳統(tǒng)的P型層易形成電流通道，限制了發(fā)光效率的提高，此高載流子遷移率層的存在能夠很好地解決這個(gè)問(wèn)題，另外具有高載流子遷移率層使電流能夠在此層擴(kuò)散充分，能夠有效提高器件的抗靜電能力。
[0023]除有特別說(shuō)明，在本發(fā)明中，形成摻雜層(例如N-GaN層、P-GaN層)時(shí)，摻雜濃度表示每立方厘米中含有的雜質(zhì)原子個(gè)數(shù)；實(shí)施本發(fā)明的各生長(zhǎng)過(guò)程中可使用本領(lǐng)域制備LED常用的各類設(shè)備提供反應(yīng)室，例如MOCVD設(shè)備、MBE設(shè)備和HVPE設(shè)備等，其中MOCVD設(shè)備為利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)將金屬有機(jī)化合物以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進(jìn)行氣相沉積從而制備LED的設(shè)備，MBE設(shè)備為利用分子束外延技術(shù)制備LED的設(shè)備，HVPE設(shè)備為利用氫化物氣相外延技術(shù)制備LED的設(shè)備，在具體實(shí)施過(guò)程，可以根據(jù)實(shí)際情況和需要確定相應(yīng)的設(shè)備。
[0024]本發(fā)明還提供一種LED，其按照上述任一方法制備得到。
[0025]本發(fā)明進(jìn)一步提供一種芯片，包括:至少一個(gè)上述的LED。
[0026]本發(fā)明提供一種改進(jìn)的LED制備方法，制備的LED具有高載流子遷移率插入層，空穴在此層能夠充分遷移和擴(kuò)散，因此能夠提高空穴的注入效率，從而有效降低工作電壓，LED發(fā)光效率增強(qiáng)，而且提高了空穴在P型層的分布均勻性，使得發(fā)光更加均勻，電流在該層能夠擴(kuò)散充分，有效提高了器件的抗靜電能力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的LED的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的LED的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]實(shí)施例一
[0031]在本實(shí)施例中，通過(guò)下述LED制備方法制備而成的LED中插入層為單層插入層，量子阱結(jié)構(gòu)為多量子阱結(jié)構(gòu)，在制備過(guò)程中生成的各層可以參見圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的LED的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例中選用的反應(yīng)設(shè)備為M0CVD，選用的襯底為硅襯底。
[0032]1、控制MOCVD反應(yīng)室溫度為520°C，壓力為600mbar，通入三甲基鎵(150mL/min)和NH3 (60L/min)，設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為3分鐘(本實(shí)施例中各物質(zhì)的通入時(shí)間即為生長(zhǎng)時(shí)間)，在硅襯底(Si) 101上發(fā)生反應(yīng)，形成厚度為25nm的GaN緩沖層102。
[0033]2、控制溫度為1050°C，壓力為200mbar，通入三甲基鎵(280mL/min)和氨氣(65L/min)，設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為30分鐘，在GaN緩沖層102上生長(zhǎng)一層厚度為1500nm的非摻雜的GaN 層 103。
[0034]3、溫度維持在1050°C，壓力維持在200mbar，通入三甲基鎵(300mL/min)和氨氣(65L/min)，設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為40分鐘，并摻入硅烷，生長(zhǎng)一層厚度為1500nm的N-GaN層104，N-GaN層104中硅烷的摻雜濃度為I X IO19CnT3 ；
[0035]4、控制反應(yīng)室溫度為840°C，壓力為300mbar，通入三乙基鎵(360mL/min)和氨氣(40L/min)，摻入Si雜質(zhì)，Si摻雜濃度為I X 1018cnT3，設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為2分30秒，在N-GaN層104上生長(zhǎng)一層摻雜的GaN量子壘層105，GaN量子壘層105的厚度為12nm。
[0036]5、控制反應(yīng)室溫度為760°C，壓力為300mbar，通入三乙基鎵(120mL/min)、三甲基銦(400mL/min)和氨氣(40L/min)，設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為I分30秒，在上述GaN量子壘層105上生長(zhǎng)一層非摻雜的InGaN量子阱層106，InGaN量子阱層106的厚度為3nm，InGaN量子阱層106中In的摩爾含量約為10%。GaN量子壘層105和InGaN量子阱層106組成厚度為15nm的量子阱結(jié)構(gòu)X。
[0037]6、重復(fù)第4步和第5步8個(gè)循環(huán)，形成包含9個(gè)GaN/InGaN量子講的多量子講結(jié)構(gòu)Y。
[0038]7、控制反應(yīng)室溫度為840°C，壓力為300mbar，通入三乙基鎵(360mL/min)和氨氣(40L/min)，設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為I分鐘，在生成的第9個(gè)GaN/InGaN量子阱結(jié)構(gòu)的InGaN量子講層106上生長(zhǎng)一層非摻雜的GaN層107。
[0039]8、控制溫度為900°C，壓力為200mbar，通入三甲基鎵(120mL/min)、三甲基鋁(60mL/min)、三甲基銦(60mL/min)和氨氣(20L/min),設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間2分鐘，在非摻雜的GaN層107上生長(zhǎng)一層InAlGaN電子阻擋層108，，InAlGaN電子阻擋層108中Al的摩爾含量為15%，In摩爾含量為1%，InAlGaN電子阻擋層108的厚度為15nm。
[0040]9、在InAlGaN電子阻擋層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)P型GaN，控制溫度為980°C，壓力為200mbar,通入三甲基鎵(120mL/min), 二茂鎂(400mL/min)和氨氣(65L/min),設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為8min，在InAlGaN電子阻擋層108上生長(zhǎng)P-GaN層109，P-GaN層109的厚度為80nm，Mg的摻雜濃度為2.3X 102°cm_3。
[0041]10、控制溫度降為900°C，壓力為200mbar，通入三乙基鎵(340mL/min)、三甲基鋁(20mL/min)、三甲基銦(200mL/min)、二茂鎂(50mL/min)和氨氣(20L/min),設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為I分鐘，在P-GaN層109上生長(zhǎng)InAlGaN層1010，InAlGaN層1010中In的摩爾含量為10%，Al的摩爾含量為15%，Mg的摻雜濃度為2 X 1019cnT3，InAlGaN層1010的厚度約為3nm，P-GaN層109和InAlGaN層1010組成單層高載流子遷移率插入層M。
[0042]11、重復(fù)第9步，S卩，在InAlGaN層1010上再生長(zhǎng)一層P-GaN層109，此單層高載流子遷移率插入層的LED制備完成。
[0043]將實(shí)施例一制備而成的LED制作成350 μ mX 350 μ m芯片，通入20mA的電流，測(cè)得工作電壓為2.95V，發(fā)光亮度為32mW。
[0044]作為對(duì)比，采用按照現(xiàn)有的制備方法得到LED制作成350 μ mX 350 μ m芯片，通入20mA的電流，測(cè)得工作電壓約為3.1V，發(fā)光亮度約為29mW。
[0045]本實(shí)施例提供的LED制備方法，制備的LED具有高載流子遷移率插入層，空穴在此層能夠充分遷移和擴(kuò)散，形成良好的空穴傳導(dǎo)層，因此能夠提高空穴的注入效率，當(dāng)空穴注入效率提高時(shí)能夠有效降低工作電壓，同時(shí)高載流子遷移率插入層能夠提高空穴在P型層的分布均勻性，使得發(fā)光更加均勻，而傳統(tǒng)的P型層易形成電流通道，限制了發(fā)光效率的提高，此高載流子遷移率層的存在能夠很好地解決發(fā)光效率的問(wèn)題，此外，電流在高載流子遷移率插入層內(nèi)能夠擴(kuò)散充分，有效提高了器件的抗靜電能力。
[0046]實(shí)施例二
[0047]在本實(shí)施例中，通過(guò)下述LED制備方法制備而成的LED中插入層為多層插入層，SP插入層為超晶格插結(jié)構(gòu)，制備過(guò)程中生成的各層可以參見圖2，圖1為本發(fā)明實(shí)施例二提供的LED的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例中選用的反應(yīng)設(shè)備為M0CVD，選用的襯底為硅襯底。
[0048]1、控制MOCVD反應(yīng)室溫度為520°C，壓力為600mbar，通入三甲基鎵(150mL/min)和NH3 (60L/min)，設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為3分鐘(本實(shí)施例中各物質(zhì)的通入時(shí)間即為生長(zhǎng)時(shí)間)，在硅襯底(Si) 201上發(fā)生反應(yīng)，形成厚度為25nm的GaN緩沖層202。
[0049]2、控制溫度為1050°C，通入三甲基鎵(280mL/min)和氨氣(65L/min)，設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為30分鐘，壓力保持200mbar，在GaN緩沖層202生長(zhǎng)一層厚度為1500nm的非摻雜的GaN層 203。
[0050]3、溫度維持在1050°C，壓力維持在200mbar，通入三甲基鎵(300mL/min)和氨氣(65L/min),設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為40分鐘，并摻入硅烷，生長(zhǎng)一層厚度為1500nm的N-GaN層204，N-GaN層204中硅烷的摻雜濃度為I X IO1W30
[0051]4、控制溫度為840°C，壓力為300mbar，通入三乙基鎵(360mL/min)和氨氣(40L/min)，摻入Si雜質(zhì)，Si摻雜濃度為I X 1018cnT3，設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為2分30秒，在N-GaN層204上生長(zhǎng)一層摻雜的GaN量子壘層205，GaN量子壘層205的厚度為12nm。
[0052]5、控制溫度為760°C，壓力維持在300mbar，通入三乙基鎵(120mL/min)、三甲基銦(400mL/min)和氨氣(40L/min)，設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為I分30秒，在上述GaN量子壘層205上生長(zhǎng)一層非摻雜的InGaN量子阱層206，InGaN量子阱層206的厚度為3nm，InGaN量子阱層206中In的摩爾含量約為10%。GaN量子壘層205和InGaN量子阱層206組成一個(gè)厚度為15nm的量子阱結(jié)構(gòu)X。
[0053]6、重復(fù)第4步和第5步8個(gè)循環(huán)，形成包含9個(gè)GaN/InGaN量子講的多量子講結(jié)構(gòu)Y。
[0054]7、控制反應(yīng)室溫度為840°C，壓力為300mbar，通入三乙基鎵(360mL/min)和氨氣(40L/min)，設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為I分鐘，在生成的第9個(gè)GaN/InGaN量子阱結(jié)構(gòu)的InGaN量子講層206上生長(zhǎng)一層非摻雜的GaN層207。
[0055]8、控制溫度為900°C，壓力為200mbar，通入三甲基鎵(120mL/min)、三甲基鋁(60mL/min)、三甲基銦(60mL/min)和氨氣(20L/min),設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間2分鐘，在非摻雜的GaN層207上生長(zhǎng)一層InAlGaN電子阻擋層208，InAlGaN電子阻擋層208中Al的摩爾含量為15%，In的摩爾含量為1%，InAlGaN電子阻擋層208的厚度為15nm。
[0056]9、在InAlGaN電子阻擋層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)P型GaN，將溫度控制為980°C，壓力為200mbar,通入三甲基嫁(60mL/min), 二茂續(xù)(200mL/min)和氨氣(65L/min),設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為4min，在InAlGaN電子阻擋層208上生長(zhǎng)P-GaN層209，P-GaN層209的厚度為20nm，Mg的摻雜濃度為2.3 X IO2ciCnT3。
[0057]10、將溫度控制為900°C，壓力為200mbar，通入三乙基鎵(340mL/min)、三甲基鋁(20mL/min)、三甲基銦(200mL/min)、二茂鎂(50mL/min)和氨氣(20L/min),設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間為I分鐘，在P-GaN層209上生長(zhǎng)InAlGaN層2010，InAlGaN層2010中In的摩爾含量為10%，Al的摩爾含量為15%，Mg的摻雜濃度為2 X 1019cnT3，InAlGaN層2010的厚度約為3nm，P-GaN層209和InAlGaN層2010組成單層高載流子遷移率插入層M。
[0058]11、重復(fù)第9-10步8個(gè)循環(huán)，形成包含9層GaN/InAlGaN的超晶格高載流子遷移率插入層結(jié)構(gòu)N。
[0059]12、繼續(xù)重復(fù)第9步，在第9層GaN/InAlGaN插入層的InAlGaN層2010上再生長(zhǎng)一層P-GaN層209，此超晶格高載流子遷移率插入層LED結(jié)構(gòu)完成。
[0060]將實(shí)施二制備而成的LED制作成350 μ mX 350 μ m芯片，通入20mA的電流，測(cè)得工作電壓為2.90V，發(fā)光亮度為35mW。[0061 ] 作為對(duì)比，采用現(xiàn)有的制備方法得到的LED制作成350 μ mX 350 μ m芯片，通入20mA的電流，測(cè)得工作電壓為3.1V，發(fā)光亮度為29mW。
[0062]本實(shí)施例提供的LED制備方法，制備的LED具有高載流子遷移率插入層，空穴在此層能夠充分遷移和擴(kuò)散，形成良好的空穴傳導(dǎo)層，因此能夠提高空穴的注入效率，當(dāng)空穴注入效率提高時(shí)能夠有效降低工作電壓，同時(shí)高載流子遷移率插入層能夠提高空穴在P型層的分布均勻性，使得發(fā)光更加均勻，而傳統(tǒng)的P型層易形成電流通道，限制了發(fā)光效率的提高，此高載流子遷移率層的存在能夠很好地解決發(fā)光效率的問(wèn)題，此外，電流在高載流子遷移率插入層內(nèi)能夠擴(kuò)散充分，有效提高了器件的抗靜電能力。
[0063]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種LED制備方法，其特征在于，包括: 在襯底上通過(guò)金屬源和氨氣反應(yīng)生成緩沖層； 在所述緩沖層上依次生長(zhǎng)非摻雜的氮化鎵層和N型氮化鎵層； 在所述N型氮化鎵層層上生長(zhǎng)至少一個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)，其中，所述量子阱結(jié)構(gòu)由量子壘層和量子阱層組成，所述量子阱層生長(zhǎng)在所述量子壘層之上； 在生成的所述量子阱結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)電子阻擋層； 在所述電子阻擋層上生長(zhǎng)至少一層插入層，所述至少一層插入層由P型氮化鎵層和銦鋁鎵氮層組成，且使銦鋁鎵氮層生長(zhǎng)在所述P型氮化鎵層之上； 在生成的所述插入層上生長(zhǎng)P型氮化鎵層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED制備方法，其特征在于，所述在襯底上通過(guò)金屬源和氨氣反應(yīng)生成緩沖層，包括: 控制反應(yīng)環(huán)境的溫度500-550°C，壓力為200-600mbar，通入金屬源和氨氣，在所述襯底上形成厚度為5-100nm的緩沖層，其中，所述金屬源為第III A族金屬的烷基化合物的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LED制備方法，其特征在于，所述在所述緩沖層上依次生長(zhǎng)非摻雜的氮化鎵層和N型氮化鎵層，包括: 控制反應(yīng)環(huán)境的溫度800~1100°C，壓力為200-600mbar，通入鎵源化合物和NH3，在所述緩沖層上形成厚 度為500~2000nm的非摻雜的氮化鎵層； 控制溫度1000~1100°C，壓力為200-600mbar，維持通入鎵源化合物和NH3，并摻入N型雜質(zhì)，所述N型雜質(zhì)的摻雜濃度為IxlO17~5xl019cnT3,在所述非摻雜的氮化鎵層上形成厚度為1000~3000nm的N型氮化鎵層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED制備方法，其特征在于，所述在所述N型氮化鎵層上生長(zhǎng)至少一個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)，包括: 步驟1、控制溫度800~900°C，壓力為200-600mbar，通入鎵源化合物和氨氣，在所述N型氮化鎵層上生長(zhǎng)氮化鎵量子壘層，且該氮化鎵量子壘層的厚度為5-25nm ； 步驟2、調(diào)節(jié)溫度至700~800°C，壓力為200-600mbar，通入鎵源化合物、銦源化合物和氨氣，在所述氮化鎵量子壘層上生長(zhǎng)氮化鎵銦量子阱層，基于所述氮化鎵銦量子阱層組成的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，其中銦的摩爾含量為A，且0〈A〈1，所述氮化鎵銦量子阱層厚度為l-5nm，所述氮化鎵量子壘層和所述氮化鎵銦量子阱層組成一個(gè)厚度為6-30nm的量子阱結(jié)構(gòu)；步驟3、根據(jù)確定的所述量子阱結(jié)構(gòu)的數(shù)量重復(fù)上述步驟I和步驟2，所述量子阱結(jié)構(gòu)的數(shù)量為1-50個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的LED制備方法，其特征在于，所述在生成的所述量子阱結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)電子阻擋層，包括: 控制溫度800~900°C，壓力為200-600mbar，通入鎵源化合物和氨氣，在最后生成的所述量子阱結(jié)構(gòu)的所述量子阱層上再生長(zhǎng)一層所述氮化鎵層；然后 控制溫度800-1000°C，壓力為200-600mbar，通入鎵源化合物、鋁源化合物、銦源化合物和氨氣，使所述氮化鎵層上繼續(xù)生長(zhǎng)一層銦鋁鎵氮電子阻擋層，所述銦鋁鎵氮電子阻擋層厚度為lO-lOOnm，所述銦鋁鎵氮電子阻擋層組成中銦的摩爾含量為M，鋁的摩爾含量為N，鎵的摩爾含量為1-M-N，其中，0〈M〈1，0〈N〈1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED制備方法，其特征在于，所述在所述電子阻擋層上生長(zhǎng)至少一層插入層，包括: 步驟A、控制溫度900-1100°C，壓力為200-600mbar，通入鎵源化合物、P型雜質(zhì)和氨氣，在所述電子阻擋層上生長(zhǎng)所述P型氮化鎵層； 步驟B、控制溫度在900-1100°C，壓力為200-600mbar，通入鎵源化合物、鋁源化合物、銦源化合物、P型雜質(zhì)和氨氣，在所述P型氮化鎵層上生長(zhǎng)所述銦鋁鎵氮層； 步驟C、根據(jù)確定的插入層的層數(shù)重復(fù)步驟A和B，所述插入層的層數(shù)為1-20層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的LED制備方法，其特征在于， 形成插入層的P型氮化鎵層厚度為10-200nm，且其中P型雜質(zhì)的摻雜濃度為IX 1018cm_3 ~5X102Clcm_3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的LED制備方法，其特征在于， 插入層的銦鋁鎵氮層厚度為l_5nm，其中P型雜質(zhì)的摻雜濃度為I X IO18CnT3~5X 102°cm_3，且所述銦鋁鎵氮層組成中銦的摩爾含量為M，鋁的摩爾含量為N，鎵的摩爾含量為 1-M-N，其中，0〈M〈1，0〈N〈1。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述的LED制備方法制備的LED。
10.一種芯片，其特·征在于，包括至少一個(gè)權(quán)利要求9所述的LED。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103824917SQ201410065734
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】黃小輝, 于浩, 周德保, 楊東, 康建, 梁旭東 申請(qǐng)人:圓融光電科技有限公司