基于Si襯底上黃光LED材料及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種半導體材料，可用于制作GaN黃光LED產(chǎn)品O
技術(shù)背景
[0002]IH-V族氮化物半導體材料具有直接帶隙、熱導率高、電子飽和迀移率高、發(fā)光效率高、耐高溫和抗輻射等優(yōu)點，在光電子及微電子領(lǐng)域都取得了巨大的進步。在短波長藍光一紫外光發(fā)光器件、微波器件和大功率半導體器件等方面有巨大的應用前景，通過調(diào)節(jié)In的組分，理論上講，可以實現(xiàn)對可見光波長的全覆蓋。
[0003]2014年Jianli Zhang等人提出了在Si襯底上生長InGaN基黃光LED全結(jié)構(gòu)的方案，參見 High brightness InGaN-based yellow light-emitting d1des with strainmodulat1n layers grown on Si substrate，Applied Physics A，(2014) 114:1049 -1053。該方案采用InGaN/GaN量子阱作為有源區(qū)，由于黃光需要較高的In組分，高的In組分需要低的生長溫度，同時高的In組分會在材料中產(chǎn)生較大的應力，這會退化GaN的結(jié)晶質(zhì)量，退化器件性能。而且InGaN量子阱的生長工藝復雜，生長效率低，成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提供一種基于Si襯底上黃光LED材料及其制作方法，以簡化工藝復雜度，提高生長效率，降低成本，提高LED器件性能。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)關(guān)鍵是:采用MOCVD的方法，通過引入C摻雜，使C元素替換N元素形成深能級，提供復合能級，C雜質(zhì)可以通過C源引入，也可以通過控制工藝利用MOCVD中的C雜質(zhì)實現(xiàn)。
[0006]—.本發(fā)明基于Si襯底上黃光LED材料，自上而下分別為P型GaN層，有源層，成核層和Si襯底，其特征在于有源層使用C摻雜和Si摻雜形成的η型GaN層，以在GaN中引入C的深能級，為發(fā)黃光的電子、空穴提供復合平臺。
[0007]進一步，C摻雜的濃度為I X 117Cm 3?I X 10 19cm 3。Si摻雜的濃度為5 X 117Cm 3?3 X 119Cm 3O
[0008]進一步，P型GaN層的厚度為0.01-10 μ m。
[0009]進一步，η型GaN層的厚度為(λ 2-100 μ m。
[0010]二.本發(fā)明基于Si襯底上黃光LED材料的制作方法，包括如下步驟:
[0011](I)將Si襯底置于金屬有機物化學氣相淀積MOCVD反應室中，并向反應室通入氫氣與氨氣的混合氣體，對襯底進行熱處理，反應室的真空度小于2 X 10 2Torr,襯底加熱溫度為830-1150°C，時間為5-10min，反應室壓力為30_700Torr ；
[0012](2)在Si襯底上生長厚度為10-200nm，溫度為530-720°C的低溫成核層；
[0013](3)在低溫成核層之上生長厚度為0.2-100 μ m, C摻雜濃度為IXlO17Cm 3?
I X 119Cm 3Si 摻雜的濃度為 5 X 117Cm 3?3 X 10 19cm 3，溫度為 850-1100°C 的高溫 η 型 GaN有源層；
[0014](4)在η型GaN有源層之上生長厚度為0.01-10 μ m，Mg摻雜濃度為I XlO17Cm3?3父10190113，溫度為850-1100°(:的高溫？型6&~層。
[0015]本發(fā)明由于采用Si襯底和C摻雜和Si摻雜的η型GaN作為有源層，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0016]1.避免了傳統(tǒng)LED結(jié)果中的InGaN量子阱生長，簡化了工藝步驟，提高了生長效率。
[0017]2.避免了 InGaN的存在引起材料晶格失配大的冋題，提尚了材料的質(zhì)量，從而提高LED器件的性能。
[0018]3.利用Si襯底擴散到有源層的Si作為Si源，利用MOCVD中的Ga源中的C作為C源，降低了生產(chǎn)成本。
[0019]本發(fā)明的技術(shù)方案和效果可通過以下附圖和實施例進一步說明。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明基于Si襯底上黃光LED材料結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明制作基于Si襯底上黃光LED材料的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]參照圖1，本發(fā)明的黃光LED材料設(shè)有四層，其中第一層為襯底，采用Si ;第二層為成核層，采用厚度為10-200nm的AlN ;第三層為有源層，采用厚度為0.2-100 μπι的C摻雜和Si摻雜的η型GaN層，其中C摻雜的濃度為I X 117Cm 3?I X 10 19cm 3，Si摻雜的濃度為5X 117Cm 3?3X 10 19cm 3，由于在GaN中引入了 C摻雜，因此在GaN中會形成深能級，為發(fā)黃光的電子、空穴提供了復合的平臺；第四層為P型GaN層，采用厚度為0.01-10 μ m，摻雜濃度為 I X 117Cm 3?3 X 10 19cm 3的 Mg 摻雜 GaN0
[0023]參照圖2，本發(fā)明制作基于Si襯底上黃光LED材料的方法，給出如下三種實施例:
[0024]實施例1，制作C摻雜濃度為I X 118Cm 3、Si摻雜濃度為3 X 118Cm 3的η型GaN有源層的LED材料。
[0025]步驟1，對襯底基片進行熱處理。
[0026]將Si襯底置于金屬有機物化學氣相淀積MOCVD反應室中，并向反應室通入氫氣與氨氣的混合氣體，在反應室的真空度小于2X10 2Torr,襯底加熱溫度為1000°C，時間為7min，反應室壓力為45Torr的條件下，對襯底基片進行熱處理。
[0027]步驟2，生長AlN成核層。
[0028]將熱處理后的襯底基片溫度降低為600°C，向反應室通入流量為5 ymol/min的鋁源、流量為1200SCCm氫氣和流量為1200SCCm的氨氣，在保持壓力為45Torr的條件下生長厚度為25nm的低溫AlN成核層。
[0029]步驟3，生長C摻雜和Si摻雜的η型GaN有源層。
[0030]向反應室通入流量為30 μ mol/min的鎵源、流量為1200sccm氫氣和流量為1500sccm的氨氣，保持反應室壓力為45Torr，溫度為985°C，取C摻雜濃度為I X 118Cm 3，Si摻雜濃度為3 X 118Cm 3，在低溫AlN成核層上生長厚度為3 μ m的η型GaN有源層。
[0031]步驟4，生長p型GaN層。
[0032]將已經(jīng)生長了 C摻雜和Si摻雜的η型GaN層基片溫度保持在985°C，向反應室通入流量為30 μ mol/min的鎵源、流量為1200sccm氫氣，流量為1500sccm的氨氣和流量為10 μ mol/min的Mg源，保持壓力為45Torr，溫度為985°C，生長厚度為200nm的p型GaN層，形成c面GaN材料，并從MOCVD反應室中取出。
[0033]實施例2，制作C摻雜濃度為I X 117Cm 3、Si摻雜濃度為5 X 117Cm 3的η型GaN有