CN104103721B - P型led外延结构、生长方法 - Google Patents

P型led外延结构、生长方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104103721B
CN104103721B CN201410379216.3A CN201410379216A CN104103721B CN 104103721 B CN104103721 B CN 104103721B CN 201410379216 A CN201410379216 A CN 201410379216A CN 104103721 B CN104103721 B CN 104103721B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gallium nitride
nitride layer
layer
type gallium
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410379216.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104103721A (zh
Inventor
向锦涛
胡艳芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiangneng Hualei Optoelectrical Co Ltd
Original Assignee
Xiangneng Hualei Optoelectrical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiangneng Hualei Optoelectrical Co Ltd filed Critical Xiangneng Hualei Optoelectrical Co Ltd
Priority to CN201410379216.3A priority Critical patent/CN104103721B/zh
Publication of CN104103721A publication Critical patent/CN104103721A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104103721B publication Critical patent/CN104103721B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds

Abstract

本申请公开了P型LED外延结构、生长方法，P型LED外延结构，所述结构自下而上包含蓝宝石衬底、低温氮化镓缓冲层、非掺杂氮化镓层、n型氮化镓层、第一势垒层、浅量子阱层、多量子阱层、电子阻挡层、高掺杂P型氮化镓层以及接触层，高掺杂P型氮化镓接触层进一步包含第一高掺杂P型氮化镓层和第二高掺杂P型氮化镓层，且所述第一高掺杂P型氮化镓层和所述第二高掺杂P型氮化镓层分别采用不同的载气来生长。本发明可获得不同结晶质量的P‑GaN，其增强了电子限制能力，增强空穴注入，减缓电子注入，同时抑制极化效应，扩展电流，缓解静电对GaN基LED的冲击，从而提高了外延片的抗静电能力。

Description

P型LED外延结构、生长方法
技术领域
本申请涉及半导体技术中氮化镓系材料制备技术领域领域，具体地说，是涉及一种P型LED外延结构、生长方法及LED显示装置。
背景技术
在现有技术中，所谓异质外延，即衬底材料和外延层是不同种材料。所谓氮化镓(GaN)，这是一种具有较大禁带宽度的半导体，属于所谓宽禁带半导体之列。它是微波功率晶体管的优良材料，也是蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体。
以蓝宝石为衬底的异质外延生长氮化镓，由于晶格失配度较大和热膨胀系数差异较大，会导致生长的GaN内部有高密度的缺陷产生，在P型和N型同侧电极的LED芯片中会造成电流分布不均，从而抗静电能力较差。
申请号为：201010228152.9的专利“一种GaN基LED外延片及其生长方法”中提到通过引入n型缺陷阻断层，阻断因异质外延或n型掺杂产生的缺陷，提高晶体的生长质量，进而扩展电流，缓冲静电对GaN基LED的冲击而提高其抗静电能力。
申请号为：200910188007.X的专利“一种GaN基发光二极管外延片及其生长方法”中提到采用高低温生长P-GaN，通过过渡一层低温P-GaN，不致由于温度过高，造成临近周期的InGaN的破坏，使其In组分不容易析出，从而提高抗静电能力。
但上述两专利公开文本所述的内容，针对现有技术制备的GaN基LED外延片抗静电能力较弱，无法满足现有GaN基LED外延生长的需求。
发明内容
为解决现有技术中GaN基LED外延片抗静电能力弱的技术问题，特提供以下技术方案：
本申请提供了一种P型LED外延结构，所述结构自下而上包含蓝宝石衬底、低温氮化镓缓冲层、非掺杂氮化镓层、n型氮化镓层、第一势垒层、浅量子阱层、多量子阱层、电子阻挡层、高掺杂P型氮化镓层以及接触层，其特征在于：
所述高掺杂P型氮化镓接触层进一步包含第一高掺杂P型氮化镓层和第二高掺杂P型氮化镓层，且所述第一高掺杂P型氮化镓层和所述第二高掺杂P型氮化镓层分别采用不同的载气来生长。
进一步地，其中，所述第一高掺杂P型氮化镓层采用氮气作为载气来生长，而所述第二高掺杂P型氮化镓层采用氮气与氢气的混合气体作为载气来生长。
进一步地，其中，所述第一高掺杂P型氮化镓层是在820-920℃的温度条件下生长的，而所述第二高掺杂P型氮化镓层是在850-950℃温度条件下生长的。
进一步地，其中，所述第一高掺杂P型氮化镓层和所述第二高掺杂P型氮化镓层是在相同温度条件以及相同压力条件下生长的。
进一步地，其中，所述第一高掺杂P型氮化镓层和所述第二高掺杂P型氮化镓层是在不同温度条件及/或不同的压力条件下生长的。
本申请还提供了一种LED显示装置，其特征在于，所述LED显示装置包含应用了权利要求1-5中任一项所述的P型LED外延结构的外延片。
本申请还提供了一种P型LED外延结构生长方法，依次包含处理蓝宝石衬底、生长低温氮化镓缓冲层、生长非掺杂氮化镓层、生长n型氮化镓层、生长第一势垒层、生长浅量子阱层、生长多量子阱层、生长电子阻挡层、生长高掺杂P型氮化镓层以及生长接触层，其特征在于：所述生长高掺杂P型氮化镓层的步骤进一步包含:
生长第一高掺杂P型氮化镓层；以及
生长第二高掺杂P型氮化镓层，
其中所述第一高掺杂P型氮化镓层和所述第二高掺杂P型氮化镓层分别采用不同的载气来生长。
进一步地，其中，所述第一高掺杂P型氮化镓层采用氮气作为载气来生长，而所述第二高掺杂P型氮化镓层采用氮气与氢气的混合气体作为载气来生长。
进一步地，其中，所述第一高掺杂P型氮化镓层是在820-920℃的温度条件下生长的，而所述第二高掺杂P型氮化镓层是在850-950℃温度条件下生长的。
进一步地，其中，所述第一高掺杂P型氮化镓层和所述第二高掺杂P型氮化镓层是在相同温度条件以及相同压力条件下生长的。
与现有技术相比，本申请所述的P型LED外延结构、生长方法及LED显示装置，达到了如下效果：
上述技术方案可获得不同结晶质量的P-GaN，其增强了电子限制能力，增强空穴注入，减缓电子注入，同时抑制极化效应，扩展电流，缓解静电对GaN基LED的冲击，从而提高了外延片的抗静电能力。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为现有技术中P型LED外延结构的示意图。
图2为依据本申请实施例的P型LED外延结构的示意图。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
以下结合附图对本申请作进一步详细说明，但不作为对本申请的限定。
图1是现有技术中P型LED外延结构的示意图。如图1所示，现有技术中的P型LED外延结构由下向上通常分为以下部分:蓝宝石衬底、GaN缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、第一势垒层、浅量子阱层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层以及接触层(CTL层)，图1中分别以标号1-10来表示。其中，上述结构中的每一层分别在一特定的环境条件下形成。例如，整个P型GaN层都是在相同的环境下生长的。
为了改善现有技术制备的GaN基LED外延片抗静电能力较弱的状况，本发明的实施例提供一种新的P型GaN基LED外延结构及其生长方法，通过以不同的载气对原本的单一层进行生长控制来产生具有不同结构的外延片，以提升其抗静电能力。
图2是依据本申请实施例的P型LED外延结构的示意图。如图2所示，P型GaN基外延结构由下至上依次为蓝宝石衬底，低温GaN缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、第一势垒层、浅量子阱层、多量子阱层、电子阻挡层、高掺杂P型GaN层和接触层(CTL)。其中所述的高掺杂P型GaN接触层分为第一P型GaN层和第二P型GaN层，第一P型GaN层采用氮气作为载气，第二P型GaN层则采用氮气、氢气混合气体作为载气。从而，依据本申请实施例的P型GaN基外延结构总共分成11个部分(包含第一P型GaN层和第二P型GaN层)，分别以标号1-11来表示。
为了产生上述P型GaN基外延结构，本申请的实施例可以按照以下具体实施步骤进行：
1)将衬底1在氢气气氛里进行高温退火，清洁所述衬底1表面，温度控制在1000-1250℃之间，然后进行氮化处理，衬底是适合GaN及其半导体外延材料生长的材料，如蓝宝石，SiC，单晶Si等，若采用蓝宝石作为衬底，则可以在1000-1250℃于H2气氛中高温净化蓝宝石衬底5-12分钟；
2)降温至520-620℃，控制生长压力在450-650mbar，生长20-35nm厚度的低温GaN缓冲层2；
3)升温至1100-1270℃，生长压力在300-700mbar，生长1.0-2.8μm厚度的非掺杂GaN层3；
4)温度控制在1100-1270℃，生长压力调节至100-300mbar，生长1.0-2.0μm厚度的n型GaN层4；
5)然后降温至680-780℃，生长压力控制在150-650mbar，生长45-75nm厚度的第一势垒层5；
6)紧接着生长浅量子阱层6，温度在700-750℃之间，压力在150-650mbar之间，所述浅量子阱层由2-6个循环InGaN/GaN，浅量子阱厚度3-6nm；
7)然后生长8-20个循环发光多量子肼层7，生长温度在700-800℃之间，压力控制在150-600mbar，所述发光多量子阱的厚度为0.7-2.5nm，垒层厚度在1.5-3.5nm；
8)接着控制温度在720-780℃之间，生长一层电子阻挡层8，压力在100-350mbar，所述电子阻挡层为In、Al组分掺杂的P型AlInGaN层，厚度为3-15nm；
9)所述电子阻挡层生长结束后，以氮气(N2)作为载气生长第一P型GaN层9，生长温度在820-920℃，压力在400-700mbar，厚度25-65nm；
10)接着以氮气和氢气的混合气体(N2+H2)作为载气生长第二P型GaN层10，生长压力与第一P型GaN层相同，生长温度控制在850-950℃之间，生长厚度45-100nm；
11)所述第一、第二P型GaN层生长结束后，温度降至550-700℃，生长压力200-500mbar，生长CTL层11，所述CTL层为In组分掺杂的P型InGaN层，厚度在1.5-5nm；
12)最后，将反应室温度降至500-650℃，采用纯N2气氛进行退火处理5-20min，再降至室温。
在上述实施例中，虽然各自的载气不同，但第一P型GaN层和第二P型GaN层是在相同的压力条件下生长，然而这并不是本申请的限制。在另一实施例中，第一P型GaN层和第二P型GaN层可在相同的压力条件和相同的温度条件下生长；在又一实施例中，第一P型GaN层和第二P型GaN层可在不同压力条件和相同的温度条件下生长。本领域的技术人员应该了解，在具体的生长过程中，可根据具体的要求来调节上述压力及/或温度条件条件，以通过不同的载气使第一P型GaN层和第二P型GaN层在相同/不同的压力及/或温度条件下生长。
此外，本申请在生长第一P型GaN层和第二P型GaN层使也不仅限于使用上述实施例中的载气(即N2或者N2与H2的混合气体)，只要能够产生类似的效果，提高抗静电能力，也可以在制备过程中采用其他载气。在本申请所述的基本思想下，本领域的技术人员可以根据实际需要对载气做出调整，以达到提高抗静电能力的目的，其也应该包含在本申请的范围内。
与现有GaN基LED外延生长方法相比，本申请提供的P型GaN的生长方法与现有P型GaN的生长方法的差异在于：现有的P型GaN采用高低温分段生长或者是P型AlInGaN生长完后直接接一层高掺杂Mg的P型GaN，而本申请采用不同载气分别生长P型GaN，其可以在相同的温度以及压力条件下操作，且由于载气，特别是N2+H2组分摩尔比的调整，能有效改变P-GaN生长质量，可以获得不同粗糙度的P-GaN表面，能有效改变极化效应强弱，同时增强空穴注入，降低电子注入，有效扩展电流，提高抗静电能力。
外延片按照标准芯片工艺制作成17mil×34mil的以ITO为透明电极的芯片，其ESD＞2000V能力由72％提高到95％，ESD＞4000V(人体模式)能力由66％提高到90％。
与现有技术相比，本申请所述的一种新P型的LED外延结构及其生长方法，达到了如下效果：
通过调整P层生长载气气氛组分生长P-GaN，能够获得不同结晶质量的P-GaN，增强其电子限制能力，增强空穴注入，减缓电子注入，同时抑制极化效应，扩展电流，缓解静电对GaN基LED的冲击，从而提高了外延片的抗静电能力。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种P型LED外延结构，所述结构自下而上包含蓝宝石衬底、低温氮化镓缓冲层、非掺杂氮化镓层、n型氮化镓层、第一势垒层、浅量子阱层、多量子阱层、电子阻挡层、高掺杂P型氮化镓层以及接触层，其特征在于：
所述高掺杂P型氮化镓层，进一步包含：第一高掺杂P型氮化镓层和第二高掺杂P型氮化镓层，且所述第一高掺杂P型氮化镓层和所述第二高掺杂P型氮化镓层分别采用不同的载气来生长；
所述第一高掺杂P型氮化镓层采用氮气作为载气来生长，而所述第二高掺杂P型氮化镓层采用氮气与氢气的混合气体作为载气来生长。
2.如权利要求1所述的P型LED外延结构，其特征在于，所述第一高掺杂P型氮化镓层是在820-920℃的温度条件下生长的，而所述第二高掺杂P型氮化镓层是在850-950℃温度条件下生长的。
3.如权利要求1所述的P型LED外延结构，其特征在于，所述第一高掺杂P型氮化镓层和所述第二高掺杂P型氮化镓层是在相同温度条件以及相同压力条件下生长的。
4.如权利要求1所述的P型LED外延结构，其特征在于，所述第一高掺杂P型氮化镓层和所述第二高掺杂P型氮化镓层是在不同温度条件及/或不同的压力条件下生长的。
5.一种P型LED外延结构生长方法，依次包含处理蓝宝石衬底、生长低温氮化镓缓冲层、生长非掺杂氮化镓层、生长n型氮化镓层、生长第一势垒层、生长浅量子阱层、生长多量子阱层、生长电子阻挡层、生长高掺杂P型氮化镓层以及生长接触层，其特征在于：所述生长高掺杂P型氮化镓层的步骤进一步包含:
生长第一高掺杂P型氮化镓层；以及
生长第二高掺杂P型氮化镓层，
其中所述第一高掺杂P型氮化镓层和所述第二高掺杂P型氮化镓层分别采用不同的载气来生长；
所述第一高掺杂P型氮化镓层采用氮气作为载气来生长，而所述第二高掺杂P型氮化镓层采用氮气与氢气的混合气体作为载气来生长。
6.如权利要求5所述的P型LED外延结构生长方法，其特征在于，所述第一高掺杂P型氮化镓层是在820-920℃的温度条件下生长的，而所述第二高掺杂P型氮化镓层是在850-950℃温度条件下生长的。
7.如权利要求5所述的P型LED外延结构生长方法，其特征在于，所述第一高掺杂P型氮化镓层和所述第二高掺杂P型氮化镓层是在相同温度条件以及相同压力条件下生长的。
CN201410379216.3A 2014-08-04 2014-08-04 P型led外延结构、生长方法 Active CN104103721B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410379216.3A CN104103721B (zh) 2014-08-04 2014-08-04 P型led外延结构、生长方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410379216.3A CN104103721B (zh) 2014-08-04 2014-08-04 P型led外延结构、生长方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104103721A CN104103721A (zh) 2014-10-15
CN104103721B true CN104103721B (zh) 2017-04-05

Family

ID=51671698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410379216.3A Active CN104103721B (zh) 2014-08-04 2014-08-04 P型led外延结构、生长方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104103721B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105261680B (zh) * 2015-09-01 2017-09-29 湘能华磊光电股份有限公司 发光二极管外延片及其制作方法
CN105350074A (zh) * 2015-11-03 2016-02-24 湘能华磊光电股份有限公司 一种提高led外延晶体质量的外延生长方法
CN107170865B (zh) * 2017-05-27 2019-05-14 安徽三安光电有限公司 一种半导体发光元件及其制备方法
CN107731974B (zh) * 2017-08-30 2019-08-23 华灿光电（浙江）有限公司 一种GaN基发光二极管外延片及其生长方法
CN109473511B (zh) * 2018-09-12 2020-07-07 华灿光电(苏州）有限公司 一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法
CN112331752A (zh) * 2020-12-03 2021-02-05 至芯半导体(杭州)有限公司 一种具有低电阻率p型层的深紫外led外延制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102044598A (zh) * 2009-10-19 2011-05-04 大连美明外延片科技有限公司 一种GaN基发光二极管外延片及其生长方法
CN103165785A (zh) * 2011-12-19 2013-06-19 丰田合成株式会社 用于制造半导体器件的方法
CN103515495A (zh) * 2013-09-13 2014-01-15 华灿光电股份有限公司 一种GaN基发光二极管芯片的生长方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3864735B2 (ja) * 2000-12-28 2007-01-10 ソニー株式会社 半導体発光素子およびその製造方法
JP2007258248A (ja) * 2006-03-20 2007-10-04 Rohm Co Ltd ＧａＮ系半導体素子の製造方法及びＧａＮ系半導体素子

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102044598A (zh) * 2009-10-19 2011-05-04 大连美明外延片科技有限公司 一种GaN基发光二极管外延片及其生长方法
CN103165785A (zh) * 2011-12-19 2013-06-19 丰田合成株式会社 用于制造半导体器件的方法
CN103515495A (zh) * 2013-09-13 2014-01-15 华灿光电股份有限公司 一种GaN基发光二极管芯片的生长方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104103721A (zh) 2014-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104103721B (zh) P型led外延结构、生长方法
CN104409586B (zh) GaN基Ⅲ‑Ⅴ族化合物半导体LED外延片及生长方法
JP3968566B2 (ja) 窒化物半導体結晶の製造方法及び窒化物半導体ウエハ並びに窒化物半導体デバイス
US7655090B2 (en) Method of controlling stress in gallium nitride films deposited on substrates
CN101488550B (zh) 高In组分多InGaN/GaN量子阱结构的LED的制造方法
CN104134730B (zh) Mg掺杂电子阻挡层的外延片，生长方法及LED结构
US7186620B2 (en) Method of making substrates for nitride semiconductor devices
CN105428482B (zh) 一种led外延结构及制作方法
CN104409587B (zh) 一种InGaN基蓝绿光发光二极管外延结构及生长方法
CN105633235B (zh) 一种n型GaN结构的GaN基LED外延结构及生长方法
CN104319330B (zh) 一种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构生长方法
CN106229390B (zh) 一种GaN基发光二极管芯片的生长方法
CN104409591B (zh) 一种GaN基绿光LED外延结构及其制作方法
CN105023976B (zh) 一种led外延生长方法
CN103337573A (zh) 半导体发光二极管的外延片及其制造方法
CN106159048A (zh) 一种发光二极管外延片及其生长方法
CN115911201A (zh) 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN104319317B (zh) 一种可有效提高p‑GaN空穴注入层质量的外延生产方法
CN104465918B (zh) 一种发光二极管外延片及其制备方法
CN104103724B (zh) 渐变量子阱的led外延片、生长方法及led结构
CN107946416A (zh) 一种提高发光效率的led外延生长方法
CN108110097A (zh) GaN基LED器件及其制备方法
CN103441197A (zh) 一种GaN基发光二极管外延片及其制作方法
CN106711296B (zh) 一种绿光发光二极管的外延片及其生长方法
CN117410405A (zh) 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、深紫外led

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant