CN100433378C - 一种发光二极管结构及其生长方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种外延生长的LED结构及其生长方法，在传统的LED结构：衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、复合量子阱层-垒层、p型GaN:Mg层的基础上，通过生长不掺杂的u型GaN隔层而使阱层与垒层被隔开，从而在界面处将复合量子阱层与垒层从物理上分隔开。结果表明，通过本发明的生长方法所产生的LED结构与现有技术的LED相比，可以显著地降低LED芯片的反向漏电电流Ir，并提高LED芯片的良品率。本发明可用于制造各种波长的GaN基LED。

Description

一种发光二极管结构及其生长方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)结构及其生长方法，更具体而言涉及一种通过控制LED的量子阱层-垒层结构的生长来抑制反向漏电的方法。
背景技术
在本申请人于2003年4月16日提出的中国发明专利申请“复合量子阱结构高亮度GaN基蓝光LED外延片生长方法”(申请号：03118956.3)中，提出了一种复合量子阱结构的发光二极管(LED)外延片生长方法，其中公开了一种采用MOCVD(金属有机物化学气相沉积)技术来外延生长出的氮化镓(GaN)基LED半导体结构，包括衬底层上的缓冲层、不掺杂的u型GaN层、n型GaN:Si层、复合量子阱层-垒层、以及p型GaN:Mg层。通过这种LED半导体结构，在一定的激发电流(例如20mA)下，可以激发出波长为455-475nm的蓝光。
由于这种LED半导体结构的复合量子阱层-垒层非常薄(5-50纳米左右)，而且对MOCVD生长环境的波动非常敏感，因此在实际的生长过程中，很难出现上述理想的LED半导体结构，例如量子阱层和垒层的界面不清晰，掺杂的Si、Mg、Zn等元素会贯穿量子阱层和垒层，众所周知，Si、Mg、Zn等元素的掺入显然会导致出现LED反向漏电等问题；另外，晶体生长时不可避免地会存在缺陷，例如位错特别是螺位错的出现，如果掺杂Si、Mg、Zn等不理想的话，Si、Mg、Zn等会在例如螺位错贯穿LED结构时随同位错一起贯穿半导体结构，导致局部“导通”，给LED结构的光电特性带来很大的副面影响。其中的一个主要副面影响就是LED的反向漏电，在正常的产品中，如果LED结构在5V电压、20mA电流下工作，理想情况下漏电应该为零，但实际情况并非如此，一般情况下都会出现超标的反向漏电。
反向漏电是影响LED使用寿命的一项重要指标。如果出现了较大的漏电电流，不仅会限制LED的光电特性和使用条件，而且还会显著地降低LED的抗光衰减性能和使用寿命。根据生产和应用的要求，在上述工况下，一般反向漏电电流最好不超过1μA，最大反向漏电电流不能超过10μA。但在现有技术的LED结构中，经常会出现反向漏电在5V电压、20mA电流下工作时反向漏电超过1μA甚至10μA的情况，大大降低了LED结构的可靠性和生产的良品率。
反向漏电出现的原因是多方面的，除了LED芯片的制造工艺和LED封装工艺的影响因素之外，MOCVD外延生长的LED晶体层的结构特性是最大的“先天性”影响因素，这种因素造成的负面影响在后续工艺中是不可弥补的。因此，迫切需要一种通过控制LED层结构的生长来控制发光二极管的反向漏电的方法，以实现较好的LED光电特性，特别是反向漏电性能。
发明内容
根据以上所述，本发明提出了一种新型LED结构以及控制LED反向漏电的LED结构生长方法，它能够显著地降低LED工作时的反向漏电，同时又不会导致LED的其他性能下降。
根据本发明的构思，提出了一种发光二极管结构，包括衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、复合量子阱层-垒层、p型GaN:Mg层，其中通过加入u型GaN隔层而使阱层与垒层被隔开。
根据本发明的另一方面，提出了一种发光二极管结构，包括衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、u型GaN隔层-量子阱层-u型GaN隔层-垒层、p型GaN:Mg层。
根据本发明的另一方面，提出了一种发光二极管结构，包括衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-u型GaN隔层-垒层-u型GaN隔层、p型GaN:Mg层。
根据本发明的另一方面，提出了一种发光二极管结构，包括衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-u型GaN隔层-垒层、p型GaN:Mg层。
根据本发明的另一方面，提出了一种生长根据本发明的发光二极管结构的方法，包括依次生长衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、u型GaN隔层-量子阱层-u型GaN隔层-垒层、p型GaN:Mg层。
根据本发明的另一方面，提出了一种生长根据本发明的发光二极管结构的方法，包括依次生长衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-u型GaN隔层-垒层-u型GaN隔层、p型GaN:Mg层。
根据本发明的另一方面，提出了一种生长根据本发明的发光二极管结构的方法，包括依次生长衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-u型GaN隔层-垒层、p型GaN:Mg层。
按照本发明，通过这样来适当地生长u型GaN隔层，可以显著地降低LED芯片的反向漏电电流Ir，并提高LED芯片的良率，同时保证芯片的其它性能不会下降。
具体实施方式
下面通过具体实施例来更详细地介绍本发明。根据本发明的方法旨在通过改善量子阱层-垒层结构，在阱层与垒层之间插入一层没有任何掺杂元素(例如硅、镁、锌等)的u型GaN隔层，防止Si、Mg、Zn等元素穿透界面而产生局部导通，从而达到抑制或防止反向漏电的目的。
首先介绍传统的GaN基LED结构及生长方法，该方法见比较示例1的详细介绍。
比较示例1
传统生长的外延LED结构为：衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、复合量子阱层-垒层、p型GaN:Mg层。
这种外延LED结构的传统生长方法采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石、碳化硅或其它合适衬底上外延生长出LED结构，具体实施方式如下：
利用英国Thomas Swan公司生产的TS-19型CCS-MOCVD机器，在衬底上外延生长LED结构，采用的衬底是日本京瓷公司生产的直径50mm的蓝宝石衬底，反应用原物料为：
三甲基镓、三甲基铝、三甲基镁、三甲基铟(江苏南大光电公司提供)；
高纯氢气、氮气、高纯氨和硅烷(深圳中宏气体公司提供)
当然，这些原材料也可从市场上的其它厂家买到。
工艺路线如下：
1)缓冲层生长：反应温度500-800℃，反应腔压力76-250Torr，载气流量为10-30升/分钟，三甲基镓流量为20-120微摩尔/分钟，氨气流量为20-80摩尔/分钟。时间为0.1-20分钟。
2)u型GaN层生长：反应温度950-1150℃，反应腔压力76-250Torr，载气流量为5-20升/分钟，三甲基镓流量为80-400微摩尔/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟。时间为20-60分钟。
3)GaN:Si层生长：反应温度950-1150℃，反应腔压力76-250Torr，载气流量为5-20升/分钟，三甲基镓流量为80-400微摩尔/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟，硅烷流量为0.2-2.0纳摩尔/分钟。时间为10-30分钟。
4)复合量子阱层-垒层生长：
阱层：反应温度700-900℃，反应腔压力100-500Torr，载气流量为5-20升/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟，三甲基镓流量为0.1-1.0微摩尔/分钟，三甲基铟流量为10-50微摩尔/分钟。时间为0.1-5分钟。
垒层：反应温度700-900℃，反应腔压力100-500Torr，载气流量为5-20升/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟，三甲基镓流量为10-50微摩尔/分钟，三甲基铟流量为5-30微摩尔/分钟。时间为0.1-5分钟。
5)p型GaN:Mg层生长：反应温度950-1100℃，反应腔压力76-250Torr，载气流量为5-20升/分钟，三甲基镓流量为80-400微摩尔/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟，三甲基镁流量为0.5-5.0微摩尔/分钟。时间为10-50分钟。
本发明主要是通过构思出一种在复合量子阱层-垒层之间生长不掺杂的u型GaN隔层的LED结构生长方法，来达到改善反向漏电的目的。根据本发明的LED结构生长方法通过以下实施例来实现。
实施例1
本发明的实施例1与比较示例1的LED层结构基本相同，不同之处在于，在比较示例1的LED层结构的基础上，在量子阱层-垒层中的量子阱层两侧分别生长一层不掺杂的u型GaN隔层。所生长的外延LED结构为：衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、u型GaN隔层-量子阱层-u 型GaN隔层-垒层、p型GaN:Mg层。
因此，实施例1的生长方法为，按顺序依次生长缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、u型GaN隔层-量子阱层-u型GaN隔层-垒层、p型GaN:Mg层。除了生长u型GaN隔层的工艺之外，其它生长工艺条件与比较示例1相同，在这里不再赘述。两层u型GaN隔层中的每一层的生长工艺均如下：
u型GaN隔层：反应温度700-1000℃，反应腔压力76-300Torr，载气流量为5-20升/分钟，三甲基镓流量为80-400微摩尔/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟，生长时间为5-200秒。
实施例2
本发明的实施例2与比较示例1的LED层结构基本相同，不同之处在于，在比较示例1的LED层结构的基础上，在量子阱层-垒层中的垒层两侧分别生长一层不掺杂的u型GaN隔层。所生长的外延LED结构为：衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-u型GaN隔层-垒层- u型GaN隔层、p型GaN:Mg层。
因此，实施例2的生长方法为，按顺序依次生长缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-u型GaN隔层-垒层-u型GaN隔层、p型GaN:Mg层。除了生长u型GaN隔层的工艺之外，其它生长工艺条件与比较示例1相同，在这里不再赘述。两层u型GaN隔层中的每一层的生长工艺均如下：
u型GaN隔层：反应温度700-1000℃，反应腔压力76-300Torr，载气流量为5-20升/分钟，三甲基镓流量为80-400微摩尔/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟，生长时间为5-200秒。
实施例3
本发明的实施例3与比较示例1的LED层结构基本相同，不同之处在于，在比较示例1的LED层结构的基础上，在量子阱层-垒层中间生长一层不掺杂的u型GaN隔层。所生长的外延LED结构为：衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-u型GaN隔层-垒层、p型GaN:Mg层。
因此，实施例3的生长方法为，按顺序依次生长缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-u型GaN隔层-垒层、p型GaN:Mg层。除了生长u型GaN隔层的工艺之外，其它生长工艺条件与比较示例1相同，在这里不再赘述。两层u型GaN隔层中的每一层的生长工艺均如下：
u型GaN隔层：反应温度700-1000℃，反应腔压力76-300Torr，载气流量为5-20升/分钟，三甲基镓流量为80-400微摩尔/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟，生长时间为20-200秒。
我们将上述三个实施例和比较示例1的LED结构制作成14密耳的标准芯片，采用公司提供的KEITHLEY2400型光电测试仪，在20毫安的工作电流下测试上述三个实施例和比较示例1的LED芯片的光电特性。
为了保证测试结果的准确性，将采用上述三个实施例和比较示例1工艺所生长的LED结构的外延片分别按照相同的标准工艺制作成14密耳LED芯片，每个测试各取100颗上述LED芯片进行，测量其平均值，结果比较如下：
Figure C20041005232500091
从上述结果分析，可以明显地看出，通过适当地加入u型GaN隔层，可以显著地降低LED芯片的反向漏电电流Ir，并提高LED芯片的良率，同时芯片的其它性能不会下降。因此，本发明对于提高LED芯片的性能特别是反向漏电性能以及LED芯片制造的良品率，都取得了非常显著的效果。
尽管已经结合实施例介绍了本发明，但本领域的技术人员完全可以理解，基于相同的原理，除了可采用MOCVD(金属有机物化学气相沉积)技术来外延生长之外，也可采用其它生长方法，例如采用分子束外延生长(MOVPE)技术，或者卤化物化学气相外延生长技术等来生长根据本发明的LED结构。

Claims (2)

1、一种发光二极管结构，包括衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN.Si层、复合量子阱层-垒层、以及p型GaN:Mg层，其特征在于，在所述量子阱层-垒层中的垒层两侧分别生长一层不掺杂的u型GaN隔层，使得所生长的外延LED结构为：衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-u型GaN隔层-垒层-u型GaN隔层、p型GaN:Mg层。
2、一种生长根据权利要求1所述的发光二极管结构的方法，其特征在于，依次执行以下步骤：生长衬底层上的缓冲层、u型GaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-u型GaN隔层-垒层-u型GaN隔层、p型GaN:Mg层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101211999B (zh) * 2006-12-29 2010-07-14 上海蓝光科技有限公司 发光二极管多量子阱的制作方法
CN113451462B (zh) * 2020-11-24 2022-07-26 重庆康佳光电技术研究院有限公司 一种led外延结构及其制备方法与led芯片

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10261816A (ja) * 1997-03-19 1998-09-29 Fujitsu Ltd 半導体発光素子及びその製造方法
CN1460729A (zh) * 2003-04-16 2003-12-10 方大集团股份有限公司 采用多量子阱制备绿光氮化镓基led外延片
WO2004017431A1 (en) * 2002-08-19 2004-02-26 Lg Innotek Co., Ltd Nitride semiconductor led and fabrication method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10261816A (ja) * 1997-03-19 1998-09-29 Fujitsu Ltd 半導体発光素子及びその製造方法
WO2004017431A1 (en) * 2002-08-19 2004-02-26 Lg Innotek Co., Ltd Nitride semiconductor led and fabrication method thereof
CN1460729A (zh) * 2003-04-16 2003-12-10 方大集团股份有限公司 采用多量子阱制备绿光氮化镓基led外延片

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