CN105161588A - 基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料及其制作方法 - Google Patents

基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105161588A
CN105161588A CN201510509287.5A CN201510509287A CN105161588A CN 105161588 A CN105161588 A CN 105161588A CN 201510509287 A CN201510509287 A CN 201510509287A CN 105161588 A CN105161588 A CN 105161588A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sapphire substrate
layer
yellow light
temperature
doping
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.)
Pending
Application number
CN201510509287.5A
Other languages
English (en)
Inventor
许晟瑞
郝跃
任泽阳
李培咸
张进成
姜腾
蒋仁渊
马晓华
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.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
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 Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201510509287.5A priority Critical patent/CN105161588A/zh
Publication of CN105161588A publication Critical patent/CN105161588A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/305—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system characterised by the doping materials
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料及其制作方法。其生长步骤是：1)将r面蓝宝石衬底置于MOCVD反应室中进行热处理；2)在热处理后的衬底上生长厚度为10-200nm的低温成核层；3)在成核层之上生长厚度为0.2-100μm，Si掺杂浓度为5×1017cm-3～5×1019cm-3，C掺杂浓度为1×1017cm-3～4×1019cm-3的高温n型GaN有源层；4)在有源层之上生长厚度为0.01-10μm，Mg掺杂浓度为1×1017cm-3～5×1019cm-3的高温p型GaN层。本发明具有工艺简单，成本低，发光效率高的优点，可用于制作非极性a面GaN黄光发光二极管。

Description

基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料及其制作方法
技术领域
本发明属于微电子技术领域，涉及一种半导体材料，可用于制作GaN黄光LED产品。
技术背景
氮化镓以及Ш-V族氮化物在光电子和微电子领域都取得了巨大的进步。氮化镓具有直接带隙、热导率高、电子饱和迁移率高、发光效率高、耐高温和抗辐射等优点，在短波长蓝光—紫外光发光器件、微波器件和大功率半导体器件等方面有巨大的应用前景，理论上讲，通过调节In的组分，可以实现对可见光波长的全覆盖。
2012年I.L.Koslow等人提出了在半极性(11-22)GaN衬底上生长黄光LED全结构的方案，参见Performanceandpolarizationeffectsin(11-22)longwavelengthlightemittingdiodesgrownonstressrelaxedInGaNbufferlayers，APPLIEDPHYSICSLETTERS，V101N12P1211061-42012。该方案使用的GaN衬底价格非常昂贵，不利于大规模生产。
2015年，K.Lekhal等人提出了在蓝宝石衬底上制备InxGa1-xN/AlyGa1-yN/GaN全结构的方案，参见Strain-compensated(Ga,In)N/(Al,Ga)N/GaNmultiplequantumwellsforimprovedyellow/amberlightemission，APPLIEDPHYSICSLETTERSV106N14P142101-52015。该方案需要较高的In组分，而高的In组分需要低的生长温度，同时高的In组分会产生较大的应力，导致GaN的结晶质量退化，影响器件性能。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于蓝宝石衬底上黄光LED材料及其制作方法，以简化工艺复杂度，提高生长效率，降低成本，提高LED器件性能。
实现本发明目的技术关键是：采用MOCVD的方法，通过引入C掺杂，使C元素替换N元素形成深能级，提供复合能级，C杂质可以通过C源引入，也可以通过控制工艺利用MOCVD中的C杂质实现。
一.本发明基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料，自上而下分别为p型GaN层，有源层，成核层和r面蓝宝石衬底，其特征在于有源层使用C掺杂和Si掺杂的n型GaN层，在GaN中引入C的深能级，为发黄光的电子、空穴提供复合平台。
进一步，C掺杂的浓度为1×1017cm-3～4×1019cm-3，Si掺杂的浓度为5×1017cm-3～5×1019cm-3。
进一步，p型GaN层的厚度为0.01-10μm。
进一步，n型GaN层的厚度为0.2-100μm。
二.本发明基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料的制作方法，包括如下步骤：
(1)将r面蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，并向反应室通入氢气与氨气的混合气体，对衬底进行热处理，反应室的真空度小于2×10-2Torr，衬底加热温度为900-1200℃，时间为5-10min，反应室压力为20-760Torr；
(2)在r面蓝宝石衬底上生长厚度为10-200nm，温度为500-700℃的低温成核层；
(3)在低温成核层之上生长厚度为0.2-100μm，Si掺杂浓度为5×1017cm-3～5×1019cm-3，C掺杂浓度为1×1017cm-3～4×1019cm-3，温度为900-1150℃的高温n型GaN有源层；
(4)在n型GaN有源层之上生长厚度为0.01-10μm，Mg掺杂浓度为1×1017cm-3～5×1019cm-3，温度为900-1150℃的高温p型GaN层。
本发明由于采用C掺杂和Si掺杂的n型GaN作为有源层，与现有技术相比具有如下优点：
1.避免了传统LED结果中的InGaN量子阱生长，简化了工艺步骤，提高了生长效率；
2.避免了InGaN的存在引起材料晶格失配大的问题，提高了材料的质量，从而提高LED器件的性能。
3.可以直接利用MOCVD中的Ga源中的C作为C源，降低了生产成本。
本发明的技术方案和效果可通过以下附图和实施例进一步说明。
附图说明
图1是本发明基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料结构示意图；
图2为本发明制作基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料的流程图。
具体实施方式
参照图1，本发明的黄光LED材料设有四层，其中第一层为衬底，采用r面蓝宝石；第二层为成核层，采用厚度为10-200nm的AlN；第三层为有源层，采用厚度为0.2-100μm的C掺杂和Si掺杂的n型GaN层，其中C掺杂的浓度为1×1017cm-3～4×1019cm-3，Si掺杂的浓度为5×1017cm-3～5×1019cm-3，由于在GaN中引入了C掺杂，因此在GaN中会形成深能级，为发黄光的电子、空穴提供了复合的平台；第四层为p型GaN层，采用厚度为0.01-10μm，掺杂浓度为1×1017cm-3～5×1019cm-3的Mg掺杂GaN。
参照图2，本发明制作基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料的方法，给出如下三种实施例：
实施例1，制作C掺杂浓度为1×1018cm-3、Si掺杂浓度为2×1018cm-3的n型GaN层有源区的LED材料。
步骤1，对衬底基片进行热处理。
将r面蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，并向反应室通入氢气与氨气的混合气体，在反应室的真空度小于2×10-2Torr，衬底加热温度为1100℃，时间为8min，反应室压力为40Torr的条件下，对衬底基片进行热处理。
步骤2，生长AlN成核层。
将热处理后的衬底基片温度降低为620℃，向反应室通入流量为5μmol/min的铝源、流量为1200sccm氢气和流量为1200sccm的氨气，在保持压力为40Torr的条件下生长厚度为20nm的低温AlN成核层。
步骤3，生长C掺杂和Si掺杂的n型GaN有源层。
向反应室通入流量为30μmol/min的镓源、流量为1200sccm氢气和流量为1500sccm的氨气，保持反应室压力为40Torr，温度为1100℃，取C掺杂浓度为1×1018cm-3，Si掺杂浓度为2×1018cm-3，在低温AlN成核层上生长厚度为3μm的n型GaN有源层。
步骤4，生长p型GaN层。
将已经生长了C掺杂和Si掺杂的n型GaN层基片温度保持在1020℃，向反应室通入流量为30μmol/min的镓源、流量为1200sccm氢气，流量为1500sccm的氨气和流量为10μmol/min的Mg源，保持压力为40Torr，温度为1000℃，生长厚度为200nm的p型GaN层，形成非极性a面GaN材料，并从MOCVD反应室中取出。
实施例2，制作C掺杂浓度为1×1017cm-3、Si掺杂浓度为5×1017cm-3的n型GaN层有源区的LED材料。
本实例的实现步骤如下：
步骤A，将r面蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，并向反应室通入氢气与氨气的混合气体，在反应室的真空度小于2×10-2Torr，衬底加热温度为900℃，时间为5min，反应室压力为20Torr的条件下，对衬底基片进行热处理。
步骤B，将热处理后的衬底基片温度降低为500℃，向反应室通入流量为5μmol/min的铝源、流量为1000sccm氢气和流量为1000sccm的氨气，在保持压力为20Torr的条件下生长厚度为10nm的低温AlN成核层。
步骤C，向反应室通入流量为5μmol/min的镓源、流量为1000sccm氢气和流量为1000sccm的氨气，保持压力为20Torr，温度为900℃，取C掺杂浓度为1×1017cm-3、Si掺杂浓度为5×1017cm-3，在低温AlN成核层上生长厚度为200nm的n型GaN有源层。
步骤D，将已经生长了C掺杂和Si掺杂的n型层基片温度保持在900℃，向反应室通入流量为5μmol/min的镓源、流量为1000sccm氢气和流量为1000sccm的氨气，5μmol/min的Mg源，保持压力为20Torr，生长厚度为10nm的p型非极性GaN层，形成非极性a面GaN材料，并从MOCVD反应室中取出。
实施例3，C掺杂浓度为4×1019cm-3、Si掺杂浓度为5×1019cm-3的n型GaN有源区的LED材料。
本实例的实现步骤如下：
步骤一，对衬底基片进行热处理。
将r面蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，并向反应室通入氢气与氨气的混合气体，进行热处理，其工艺条件为：
反应室的真空度小于2×10-2Torr；
衬底加热温度为1100℃；
氮化时间为10min；
反应室压力为760Torr。
步骤二，生长AlN成核层。
在热处理后的衬底基片上生长厚度为200nm的低温AlN成核层，其工艺条件为：
反应室温度为700℃；
反应室压力为760Torr；
铝源流量为100μmol/min；
氢气流量为10000sccm；
氨气流量为10000sccm。
步骤三，生长C掺杂和Si掺杂的n型GaN有源层。
在低温AlN成核层上生长厚度为100μm的n型GaN有源层，其工艺条件为：
反应室温度为1150℃；
反应室压力为760Torr；
镓源流量为100μmol/min；
氢气流量为10000sccm；
氨气流量为10000sccm；
C掺杂浓度为4×1019cm-3；
Si掺杂的浓度为5×1019cm-3。
步骤四，生长p型GaN层。
在C掺杂和Si掺杂的n型GaN有源层上生长厚度为10μm的p型非极性GaN层，形成非极性a面GaN材料，其工艺条件为：
基片温度为1150℃；
反应室压力为760Torr；
镓源流量为100μmol/min；
氢气流量为10000sccm；
氨气流量为10000sccm；
Mg源流量为100μmol/min。
步骤五，将形成的非极性a面GaN材料从MOCVD反应室中取出。
以上实施例仅用于对本发明的说明，不构成对本发明的限制。对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，能够在不背离本发明的原理和范围的情况下，根据本发明的方法进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明的修正和改变仍受本发明的权利要求保护。

Claims (5)

1.一种基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料，自上而下分别为p型GaN层，有源层，成核层和r面蓝宝石衬底，其特征在于：有源区使用C掺杂和Si掺杂的n型GaN层，以在GaN中引入C的深能级，为发黄光的电子、空穴提供复合平台。
2.根据权利要求1所述的基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料，其特征在于C掺杂的浓度为1×1017cm-3～4×1019cm-3，Si掺杂的浓度为5×1017cm-3～5×1019cm-3。
3.根据权利要求1所述的基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料，其特征在于p型GaN层的厚度为0.01-10μm。
4.根据权利要求1所述的基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料，其特征在于有源层的厚度为0.2-100μm。
5.一种基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料的制作方法，包括如下步骤：
(1)将r面蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，向反应室通入氢气与氨气的混合气体，对衬底进行热处理，保持反应室的真空度小于2×10-2Torr，衬底加热温度为900-1200℃，时间为5-10min，反应室压力为20-760Torr；
(2)在r面蓝宝石衬底上生长厚度为10-200nm，温度为500-700℃的低温成核层；
(3)在低温成核层之上生长厚度为0.2-100μm，Si掺杂浓度为5×1017cm-3～5×1019cm-3，C掺杂浓度为1×1017cm-3～4×1019cm-3，温度为900-1150℃的高温n型GaN有源层；
(4)在n型GaN有源层之上生长厚度为0.01-10μm，Mg掺杂浓度为1×1017cm-3～5×1019cm-3，温度为900-1150℃的高温p型GaN层。
CN201510509287.5A 2015-08-18 2015-08-18 基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料及其制作方法 Pending CN105161588A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510509287.5A CN105161588A (zh) 2015-08-18 2015-08-18 基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510509287.5A CN105161588A (zh) 2015-08-18 2015-08-18 基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料及其制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105161588A true CN105161588A (zh) 2015-12-16

Family

ID=54802399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510509287.5A Pending CN105161588A (zh) 2015-08-18 2015-08-18 基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105161588A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017028555A1 (zh) * 2015-08-18 2017-02-23 西安电子科技大学 基于Si衬底的GaN基材料及其制作方法
CN112736168A (zh) * 2021-01-18 2021-04-30 西安电子科技大学 非极性GaN基微型发光二极管及制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1972044A (zh) * 2005-11-18 2007-05-30 三星电子株式会社 半导体器件及其制造方法
US20070215881A1 (en) * 2006-03-03 2007-09-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting element and manufacturing method thereof
US20130187128A1 (en) * 2010-10-07 2013-07-25 Snu R&Db Foundation Light-emitting element and method for manufacturing same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1972044A (zh) * 2005-11-18 2007-05-30 三星电子株式会社 半导体器件及其制造方法
US20070215881A1 (en) * 2006-03-03 2007-09-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting element and manufacturing method thereof
US20130187128A1 (en) * 2010-10-07 2013-07-25 Snu R&Db Foundation Light-emitting element and method for manufacturing same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017028555A1 (zh) * 2015-08-18 2017-02-23 西安电子科技大学 基于Si衬底的GaN基材料及其制作方法
CN112736168A (zh) * 2021-01-18 2021-04-30 西安电子科技大学 非极性GaN基微型发光二极管及制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3107128B1 (en) Preparation method of a non-polar blue led epitaxial wafer based on lao substrate
AU2008203209A1 (en) Buried contact devices for nitride-base films and manufacture thereof
CN108878606A (zh) 基于超晶格结构和δ掺杂的高效发光二极管及制备方法
CN105098017B (zh) 基于c面蓝宝石衬底上N面黄光LED结构及其制作方法
CN217641378U (zh) 一种硅基发光二极管
CN109378373B (zh) 基于h-BN电子阻挡层的高效深紫外发光二极管及制备方法
CN110518099A (zh) 一种高效发光二极管及制作方法
CN111599901A (zh) 一种生长在Si衬底上的紫外LED外延片及其制备方法
CN111725371B (zh) 一种led外延底层结构及其生长方法
CN101901757A (zh) 基于a面6H-SiC衬底上非极性a面GaN的MOCVD生长方法
CN105140365B (zh) 基于c面蓝宝石衬底上Ga极性黄光LED结构及其制作方法
CN105118902A (zh) 基于m面SiC衬底上黄光LED材料及其制作方法
CN105047779A (zh) 基于Si衬底上黄光LED材料及其制作方法
CN105161588A (zh) 基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料及其制作方法
CN113410353A (zh) 提高发光效率的发光二极管外延片及其制备方法
CN105098016B (zh) 基于γ面LiAlO2衬底上黄光LED材料及其制作方法
CN112501689A (zh) 一种氮化镓pin结构的外延生长方法
CN105679898B (zh) 具有翘曲调节结构层的led外延结构及其生长方法
CN116978992A (zh) 发光二极管及其制备方法
CN105070801B (zh) 非Si掺杂无InGaN黄光LED材料及其制作方法
CN112736168A (zh) 非极性GaN基微型发光二极管及制备方法
CN105140355A (zh) 基于m面蓝宝石衬底上半极性（11-22）黄光LED材料及其制作方法
JP2007103955A (ja) 窒化物半導体素子および窒化物半導体結晶層の成長方法
CN110137314B (zh) 基于铁电极化效应的紫外发光二极管及制备方法
CN101901760B (zh) 基于c面SiC衬底上极性c面GaN的MOCVD生长方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20151216

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication