專利名稱：一種GaN基LED外延片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有p 型接觸層的GaN基LED外延片及其制備方法。
背景技術(shù)：
GaN基高亮度發(fā)光二極管(LED)是目前全球光電子領(lǐng)域研究和 產(chǎn)業(yè)的前沿和熱點(diǎn)。GaN基LED的制備要經(jīng)過LED外延片生長(zhǎng)，LED 芯片制備和LED封裝三個(gè)主要環(huán)節(jié)。其中LED外延片制備是LED 的核心技術(shù)，它對(duì)LED的性能水平起主要作用。
現(xiàn)有的GaN基LED外延片的結(jié)構(gòu)通常如附圖5所示， 一般包括 襯底、低溫緩沖層、n型層、量子阱、p型層。其中，襯底材料可采 用藍(lán)寶石、SiC、 Si、 GaN等。低溫緩沖層可采用低溫GaN層、低溫 A1N層等。在采用GaN為襯底時(shí)可以不生長(zhǎng)低溫緩沖層和未摻雜GaN 層。量子阱可采用單量子阱，也可采用多量子阱，量子阱結(jié)構(gòu)有 InGaN/GaN結(jié)構(gòu)、IrixGaLxN/InyGaLyN結(jié)構(gòu)等。外延片結(jié)構(gòu)中可以不 生長(zhǎng)n型AlGaN層或p型AlGaN層，或n型AlGaN層和p型AlGaN 層均不生長(zhǎng)。專利號(hào)為200410073931.0的中國(guó)專利公開了一種具有 低溫成長(zhǎng)低電阻值P型接觸層的氮化鎵系發(fā)光二極管，涉及一種利用 鎂和鋁共同摻雜且可低溫成長(zhǎng)氮化銦鎵(Inl-yGayN)低電阻值的p型 接觸層(Contecting layer)的氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。如上所述，現(xiàn) 有的GaN基LED外延片均采用GaN為p型層主體，有時(shí)會(huì)在p型GaN生長(zhǎng)前生長(zhǎng)很薄的AlGaN層，以增大對(duì)載流子的束縛。但是， 由于GaN禁帶寬度高達(dá)3.4eV，受主雜質(zhì)電離能高，獲得高空穴濃度 的p型層十分困難。p型GaN的空穴濃度一般不超過1 X 1018cm—3， 在此濃度下，空穴遷移率-'"般小于10 cm2/V s。而且，為了減小p 型層電阻，LED外延片p型層厚度不超過0.5um，這樣更難以得到 高空穴濃度的p型層。這導(dǎo)致GaN基LED的正向電壓較高，也使得 LED性能難以進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過增加p 型接觸層而提髙性能的GaN基LED外延片。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供所述外延片的制備方法。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來予以實(shí)現(xiàn)
提供一種具有p型接觸層的GaN基LED外延片，所述外延片的 結(jié)構(gòu)從下至上依次為襯底、n型層、量子阱、p型層、p型接觸層； 所述p型接觸層為量子阱層結(jié)構(gòu)。在襯底和n型層之間還可以設(shè)置低 溫緩沖層。
所述p型接觸層的量子阱層優(yōu)選InGaN/GaN量子阱層。 所述p型接觸層的量子阱中，壘層摻入p型摻雜劑、阱層摻入或
不摻入p型摻雜劑，摻入的受主雜質(zhì)可根據(jù)目前常規(guī)技術(shù)選用，優(yōu)選Mg。
所述p型接觸層的量子阱的周期優(yōu)選為1 20，阱層和壘層的厚 度優(yōu)選lnm 5證。本發(fā)明還提供了所述外延片的另一優(yōu)選技術(shù)方案，即在所述p型
接觸層上還生長(zhǎng)有一層p型InGaN層，以獲得更好的發(fā)明效果。
所述p型InGaN層厚度優(yōu)選為lnm 10nm。
本發(fā)明外延片n型層優(yōu)選n型GaN: si層。
所述p型層包括包括p型InGaN:Mg層、p型GaN:Mg層或p型 AlGaN:Mg層。
本發(fā)明同時(shí)提供所述具有p型接觸層的GaN基LED外延片的制 備方法，采用MOCVD設(shè)備制備所述外延片，包括以下步驟
(1) 在IOO(TC在氫氣氛圍下烘烤襯底10分鐘；
(2) 降溫至48(TC，在襯底上生長(zhǎng)厚度為30nm的GaN低溫度 緩沖層；
(3) 在1000r的溫度下，在襯底上生長(zhǎng)n型層；
(4) 將溫度降至68(TC 78(rC，生長(zhǎng)量子阱；
(5) 將溫度升至950。C 100(TC，生長(zhǎng)p型層；
(6) 將溫度降至73(TC 81(TC，生長(zhǎng)p型接觸層即制備得到所 述外延片。
對(duì)于所述p型接觸層上還生長(zhǎng)有一層p型InGaN層的外延片， 在上述制備方法所述步驟(5)后可在溫度81(TC在所述p型接觸層 上生長(zhǎng)一層p型InGaN層制備得到所述外延片。
本發(fā)明的有益效果是 (1)本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過結(jié)構(gòu)上突破性的設(shè)計(jì)提 供了一種高性能的GaN基LED外延片現(xiàn)有的GaN基LED外延片的結(jié)構(gòu)一般包括襯底、n型層、量子 阱、p型層。其中， 一般采用GaN為p型層主體，由于GaN禁帶寬 度高達(dá)3.4eV，受主雜質(zhì)電離能高，獲得髙空穴濃度的p型層十分困 難。這導(dǎo)致GaN基LED的正向電壓較高，也使得LED性能難以進(jìn)
一步提高。
本發(fā)明創(chuàng)造了一種具有p型接觸層的GaN基LED外延片，其結(jié) 構(gòu)從下至上依次為襯底、n型層、量子阱、p型層、p型接觸層，該 外延片最后生長(zhǎng)了一 p型接觸層，所述p型接觸層為量子阱層結(jié)構(gòu)， 優(yōu)選InGaN/GaN量子阱層。這樣的發(fā)明設(shè)計(jì)， 一方面，由于增加了p 型接觸層，而且p型接觸層采用量子阱結(jié)構(gòu)，空穴在與量子阱平面垂 直方向上的運(yùn)動(dòng)受到限制，更有利于空穴在量子阱平面方向作二維運(yùn) 動(dòng)，在外加電壓下，有利于空穴在p型層中的擴(kuò)展，使電流分布更均 勻；另一方面，p型接觸層采用了量子阱結(jié)構(gòu)，由于阱層與壘層價(jià)帶 的能量不同，可有效提高該層的空穴濃度。因此，在p型層生長(zhǎng)完后， 生長(zhǎng)p型InGaN/GaN量子阱接觸層，可明顯降低LED的正向電壓， 提高LED的性能。
所述p型接觸層在量子阱生長(zhǎng)完后，還可以生長(zhǎng)p型InGaN層， 由于InGaN的禁帶寬度小于GaN，受主雜質(zhì)在InGaN中的電離能要 小于GaN，因此，最后生長(zhǎng)的p型InGaN的空穴濃度較高；同時(shí)， 由于InGaN的功函數(shù)與金屬Au或Ni更為接近，因此，最后生長(zhǎng)的 p型InGaN也可改善LED的p型金屬電極與LED外延片的接觸。 (2)本發(fā)明提供所述外延片的制備方法簡(jiǎn)單易行，成本較低，制備條件精確，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為實(shí)施例1的GaN基LED外延片結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為實(shí)施例2的GaN基LED外延片結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為實(shí)施例3的GaN基LED外延片結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為實(shí)施例4的GaN基LED外延片結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為現(xiàn)有技術(shù)GaN基LED外延片結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
具有p型接觸層的GaN基LED外延片的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，從 下至上依次為襯底、低溫緩沖層、未摻雜GaN層、n型GaN層、 InGaN/GaN量子阱、p型AlGaN和p型GaN層、p型InGaN:Mg/GaN:Mg
量子阱層。
其制備方法為-
(1) 采用MOCVD設(shè)備，升溫至IOO(TC在氫氣氛圍下烘烤襯底 IO分鐘；
(2) 降溫至480。C，在襯底上生長(zhǎng)厚度為30nm的GaN低溫緩
沖層；
升溫至105(TC，生長(zhǎng)厚度為l.Owm的未摻雜GaN層；
(3) 在IOO(TC的溫度下生長(zhǎng)厚度為2.0 u m的n型GaN:Si層；
(4) 在720'C生長(zhǎng)InGaN/GaN量子阱，量子阱周期數(shù)為5;
(5) 將溫度升至1000。C生長(zhǎng)p型AlGaN:Mg層，厚度為20nm;降溫至95(TC生長(zhǎng)p型GaN:Mg層，厚度為0.2um; (6)降溫至75(TC生長(zhǎng)p型InGaN:Mg/GaN:Mg量子阱，量子阱 中的InGaN層和GaN層均摻入Mg，量子阱周期數(shù)為5，阱層和壘層 的厚度均為lnm;
這種外延片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在p型GaN生長(zhǎng)完后，生長(zhǎng)了 5周期 的lnGaN:Mg/GaN:Mg量子阱，阱層和壘層的厚度均為lnm。采用此 結(jié)構(gòu)，可增大接觸層的空穴濃度，并且在p型InGaN:Mg/GaN:Mg量 子阱中產(chǎn)生空穴沿量子阱平面的二維運(yùn)動(dòng)，可降低LED的正向電壓 和使電流擴(kuò)展更均勻。 實(shí)施例2
具有p型接觸層的GaN基LED外延片的結(jié)構(gòu)如附圖2所示，從 下至上依次為襯底、低溫緩沖層、未摻雜GaN層、n型GaN層、 InGaN/GaN量子阱、p型AlGaN層、p型GaN、p型InGaN:Mg/GaN:Mg 量子阱層、p型InGaN:Mg。
其制備方法為
(1) 采用MOCVD設(shè)備，升溫至IOO(TC在氫氣氛圍下烘烤襯底 IO分鐘；
(2) 降溫至480。C，在襯底上生長(zhǎng)厚度為30nm的GaN低溫度 緩沖層；
升溫至105(TC，生長(zhǎng)厚度為l.Oum的未摻雜GaN層；
(3) 在1000。C的溫度下生長(zhǎng)厚度為2.0u m的n型GaN:Si層；
(4) 在75(TC生長(zhǎng)InGaN/GaN量子阱，量子阱周期數(shù)為8;(5) 將溫度升至IOO(TC生長(zhǎng)p型AlGaN:Mg層，厚度為20nm; 降溫至950°C生長(zhǎng)p型GaN:Mg層，厚度為0.5 u m;
(6) 降溫至780。C生長(zhǎng)p型InGaN:Mg/GaN:Mg量子阱，量子 阱中的InGaN層和GaN層均摻入Mg，量子阱周期數(shù)為1，阱層和壘 層的厚度均為5nm;
在溫度78(TC生長(zhǎng)p型InGaN:Mg層，厚度為10nm。 這種外延片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在p型GaN生長(zhǎng)完后，生長(zhǎng)了 1周期
的lnGaN:Mg/GaN:Mg量子阱，阱層和壘層的厚度均為5nm,并且還
生長(zhǎng)了 10 nm的p型InGaN:Mg層。采用此結(jié)構(gòu)，可增大接觸層的空
穴濃度，降低LED的正向電壓。
實(shí)施例3
具有p型接觸層的GaN基LED外延片的結(jié)構(gòu)如附圖3所示，從 下至上依次為襯底、低溫緩沖層、未摻雜GaN層、n型GaN層、 InGaN/GaN量子阱、p型AlGaN層、p型GaN、p型InGaN:Mg/GaN:Mg 量子阱層、p型InGaN:Mg。
其制備方法為
(1) 采用MOCVD設(shè)備，升溫至IOO(TC在氫氣氛圍下烘烤襯底 IO分鐘；
(2) 降溫至480°C，在襯底上生長(zhǎng)厚度為30mn的GaN低溫度 緩沖層；
升溫至1050。C，生長(zhǎng)厚度為l.Otim的未摻雜GaN層；
(3) 在IOOCTC的溫度下生長(zhǎng)厚度為2.0u m的n型GaN:Si層；(4) 在680'C生長(zhǎng)InGaN/GaN量子阱，量子阱周期數(shù)為5;
(5) 將溫度升至100(TC生長(zhǎng)p型AlGaN:Mg層，厚度為10nm; 降溫至95(TC生長(zhǎng)p型GaN:Mg層，厚度為0.3 y m;
(6) 降溫至73(TC生長(zhǎng)p型InGaN:Mg/GaN:Mg量子阱，量子阱 中的InGaN層和GaN層均摻入Mg，量子阱周期數(shù)為10，阱層和壘 層的厚度均為2nm;
在溫度730。C生長(zhǎng)p型InGaN:Mg層，厚度為1 nm。 這種外延片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在p型GaN生長(zhǎng)完后，生長(zhǎng)了 10周期 的lnGaN:Mg/GaN:Mg量子阱，阱層和壘層的厚度均為2nm，并且還 生長(zhǎng)了 1 nm的p型InGaN:Mg層。此結(jié)構(gòu)中采用了較多周期的 InGaN:Mg/GaN:Mg量子阱，在增大接觸層的空穴濃度同時(shí)，可明顯 促進(jìn)空穴沿InGaN:Mg/GaN:Mg量子阱平面的二維運(yùn)動(dòng)，使電流擴(kuò)展 更均勻，提高LED發(fā)光效率。 實(shí)施例4
具有p型接觸層的GaN基LED外延片的結(jié)構(gòu)如附圖4所示，從 下至上依次為襯底、低溫緩沖層、未摻雜GaN層、n型GaN層、 InGaN/GaN量子阱、p型AlGaN層、p型GaN、 p型InGaN/GaN:Mg 量子阱層、p型InGaN:Mg。
其制備方法為
(1) 采用MOCVD設(shè)備，升溫至IOO(TC在氫氣氛圍下烘烤襯底 IO分鐘;
(2) 降溫至480°C，在襯底上生長(zhǎng)厚度為30nm的GaN低溫度緩沖層；
升溫至1050°C，生長(zhǎng)厚度為l.Oum的未摻雜GaN層；
(3) 在100(TC的溫度下生長(zhǎng)厚度為2.0u m的n型GaN:Si層；
(4) 在78(TC生長(zhǎng)InGaN/GaN量子阱，量子阱周期數(shù)為10;
(5) 將溫度升至IOO(TC生長(zhǎng)p型AlGaN:Mg層，厚度為10nm; 降溫至95(TC生長(zhǎng)p型GaN:Mg層，厚度為0.3pm;
(6) 降溫至81(TC生長(zhǎng)p型InGaN/GaN:Mg量子阱，量子阱中 的GaN層摻入Mg，量子阱中的InGaN層不摻雜，量子阱周期數(shù)為 10，阱層和壘層的厚度均為2nm;
在溫度81(TC生長(zhǎng)p型InGaN:Mg層，厚度為5 nm。 這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是該外延片在p型GaN生長(zhǎng)完后，在較高溫度下 生長(zhǎng)了 10周期的InGaN /GaN:Mg量子阱，阱層和壘層的厚度均為 2nm。在較髙的溫度下生長(zhǎng)，且量子阱中的InGaN層不摻雜，也可提 高10周期的InGaN/GaN:Mg量子阱的晶體質(zhì)量。由于對(duì)量子阱中的 GaN進(jìn)行了 Mg摻雜，也能獲得較高的空穴濃度的InGaN /GaN:Mg 量子阱。同吋還生長(zhǎng)了 5nm的p型InGaN:Mg層，也能有效改善金屬 電極與p型層的接觸。采用此結(jié)構(gòu)，可獲得較低電壓的LED,并可 改善LED的抗靜電能力。
權(quán)利要求
1、一種具有p型接觸層的GaN基LED外延片，其特征在于所述外延片的結(jié)構(gòu)從下至上依次為襯底、n型層、量子阱、p型層、p型接觸層；所述p型接觸層為量子阱層結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述具有p型接觸層的GaN基LED外延片， 其特征在于所述p型接觸層的量子阱層為InGaN/GaN量子阱層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述具有p型接觸層的GaN基LED外延片， 其特征在于所述p型接觸層的量子阱中，壘層摻入p型摻雜劑、阱層 摻入或不摻入p型摻雜劑。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述具有p型接觸層的GaN基LED外延片， 其特征在于所述p型接觸層摻入的受主雜質(zhì)為Mg。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3或4所述具有p型接觸層的GaN基 LED外延片，其特征在于所述p型接觸層的量子阱的周期數(shù)為1 20， 阱層和壘層的厚度為lnm 5nm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述具有p型接觸層的GaN基LED外延片， 其特征在于所述p型接觸層上還生長(zhǎng)有一層p型InGaN層。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述具有p型接觸層的GaN基LED外延片， 其特征在于所述p型InGaN層厚度為lnm 10nm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述具有p型接觸層的GaN基LED外延片， 其特征在于所述n型層為n型GaN: si層。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述具有p型接觸層的GaN基LED外延片， 其特征在于p型層包括p型InGaN:Mg層、p型GaN:Mg層或p型AlGaN:Mg層。
10、一種權(quán)利要求1或6所述具有p型接觸層的GaN基LED外 延片的制備方法，采用MOCVD設(shè)備制備所述外延片，其特征在于 包括以下步驟(1) 在IOO(TC在氫氣氛圍下烘烤襯底10分鐘；(2) 降溫至480°C,在襯底上生長(zhǎng)厚度為30nm的GaN低溫度 緩沖層；(3) 在100(TC的溫度下，在襯底上生長(zhǎng)n型層；(4) 將溫度降至680。C 780'C，生長(zhǎng)量子阱；(5) 將溫度升至95(TC 100(TC，生長(zhǎng)p型層；(6) 將溫度降至730'C 81(TC，生長(zhǎng)p型接觸層即制備得到所 述外延片或者在溫度730'C 81(TC在所述p型接觸層上生長(zhǎng)一層p 型InGaN層制備得到所述外延片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有p型接觸層的GaN基LED外延片及其制備方法。所述外延片的結(jié)構(gòu)從下至上依次為襯底、低溫緩沖層、n型層、量子阱、p型層、p型接觸層，所述p型接觸層為量子阱層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在現(xiàn)有外延片的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了p型接觸層的結(jié)構(gòu)，p型接觸層采用了量子阱結(jié)構(gòu)，由于阱層與壘層價(jià)帶的能量不同，可有效提高該層的空穴濃度；同時(shí)，空穴在與量子阱平面垂直方向上的運(yùn)動(dòng)受到限制，更有利于空穴在量子阱平面方向作二維運(yùn)動(dòng)，在外加電壓下，有利于空穴在p型層中的擴(kuò)展，使電流分布更均勻，提高了LED的性能。本發(fā)明提供了所述外延片的制備方法，簡(jiǎn)單易行，成本較低，制備條件精確，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101299449SQ20081002892
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者李述體 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)