CN106920866A - 一种调控紫外发光二极管外延片波长的处延方法 - Google Patents
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Abstract
一种调控紫外发光二极管外延片波长的处延方法，属于半导体光电子器件制造技术领域，在衬底上从下到上依次外延生长缓冲层、非掺杂AlGaN层、n型AlGaN层、多量子阱AlxInyGa1‑x‑yN/AlaInbGa1‑a‑bN有源层、p型AlGaN电子阻挡层和p型AlGaN层；在外延生长所述多量子阱有源层时，采用的生长温度为900～1000℃，并且在生长时气氛为N2，还脉冲式地通入H2。本发明可调控AlInGaN富In局域态的形貌及颗粒尺寸，得到紫外发光二极管外延片的波长在300～400nm，且波长的均一性得到改善。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电子器件制造技术领域，尤其涉及紫外发光二极管外延片的制造技术。
背景技术
发光二极管（LED，Light Emitting Diode）具有长寿、节能、环保、可靠性高等优点。近年来，LED在大屏幕彩色显示、交通信号灯和照明等领域发挥了越来越重要的作用。但要在全彩屏显示和照明领域上能得到更加广泛的应用，则需要进一步提升LED外延产出的均一性。
多量子阱有源区作为LED的核心区域，通常由多组InGaN量子阱和GaN垒层交替重叠构成。由于H2会令In原子在材料表面停留的时间减少，增加In原子的逃逸概率，从而影响InGaN中In的并入效率。因此，在现有的生长工艺中，多量子阱一般在纯N2气氛下生长，如专利文献201210189941.5公开的在纯N2气氛下生长量子阱，采用的生长温度为：760℃和780℃。201210189941.5公开的技术方案是采用传统N2气氛生长MQW，主要适用于富In的蓝绿光LED外延生长，对于紫光发光二极管外延片，纯N2气氛生长的环境，热传导较H2掺入的生长气氛差，不利于AlInGaN体系中Al的迁移，不利于形成二维平面生长，进而影响晶体质量的提升。同时，由于纯N2气氛缺少对In并入的抵御机制，不利于AlInGaN体系MQW获得及调控紫外波段发光波长。
发明内容
鉴于以上现有技术存在的缺陷，本发明目的是提出一种有利于调控紫外发光二极管的波长，并改善紫外发光二极管的波长均一性的外延方法。
本发明技术方案是：在衬底上从下到上依次外延生长缓冲层、非掺杂AlGaN层、n型AlGaN层、多量子阱AlxInyGa1-x-yN/AlaInbGa1-a-bN有源层、p型AlGaN电子阻挡层和p型AlGaN层；其特征在于：在外延生长所述多量子阱AlxInyGa1-x-yN/AlaInbGa1-a-bN有源层时，采用的生长温度为900～1000℃，并且在生长时气氛为N2，还脉冲式地通入H2。
本发明采用较高的温度生长多量子阱有源层，并在生长过程中脉冲式的通入大量的H2，通过增加H化学势（加大H分压），适当调控富In局域态的形貌及颗粒尺寸，得到紫外发光二极管外延片的波长在300～400nm，且发光波长的均一性得到改善。
优选的，所述多量子阱有源区的主要气氛为N2，脉冲式通入H2的量设定在2000～8000sccm。脉冲式通入H2的方式，一方面生长AlInGaN体系MQW时，在此H2量下，利用H化学势增加（加大H分压），使In原子在材料表面停留的时间减少，逐渐缩小In并入的窗口，材料表面将主要以Ga-Al-NH3 或Ga-Al-NH2为主，避免富In局域态形貌的形成，达到调控发光波长均一性目的，另一方面，脉冲式通入H2，可避免大量H2引入所造成的生长环境温度的波动。
具体实施方式
本发明采用Aixtron公司的MOCVD设备进行外延生长，使用NH3、TMGa/TEGa、TMIn分别作为N、Ga、In源。
以上所述的外延层生长，具体包括如下步骤：
1、在蓝宝石衬底L1上生长一层AlN低温缓冲层L2：生长温度550℃，压力为65000Pa，厚度为30nm，NH3流量为15000sccm， TMAl流量100sccm，生长气氛为H2。
2、在AlN低温缓冲层L2上生长非掺杂AlGaN层L3：生长温度1050℃，压力为40000Pa，NH3流量为10000sccm，TMAl流量30sccm，TMGa流量为300sccm，厚度约3μm，生长气氛为H2。
3、在非掺杂AlGaN层L3上生长一层n型AlGaN层L4：生长温度1050℃，压力20000Pa，厚度约为2.5μm，掺杂浓度为1×1019cm-3，NH3流量为10000sccm，TMAl流量20sccm，TMGa流量为200sccm，生长气氛为H2。
4、在n型AlGaN层L4上生长8对多量子阱AlxInyGa1-x-yN/AlaInbGa1-a-bN有源层L5：压力为30000Pa，阱垒生长温度均为950℃。
第一对AlxInyGa1-x-yN/AlaInbGa1-a-bN中，每一层Al0.1In0.03Ga0.87N的厚度为4nm，每一层Al0.3In0.01Ga0.69N的厚度为8nm。
阱垒层NH3流量均为20000sccm，阱层TMAl流量20sccm，TEGa流量为400sccm，TMIn流量为300sccm，垒层TMAl流量60sccm，TEGa流量为900sccm，TMIn流量为100sccm，阱垒层生长时连续通入N2，N2量为30000sccm，阱垒层生长时脉冲式地通入H2，其中H2量调控范围为2000sccm～8000sccm。
5、在多量子阱AlxInyGa1-x-yN/AlaInbGa1-a-bN有源层L5上生长6对p型Al0.3Ga0.7N/Al0.5Ga0.5N电子阻挡层（即p型AlGaN电子阻挡层）L6：生长温度1000℃，生长压力10000Pa， Al0.3Ga0.7N/Al0.5Ga0.5N生长厚度分别为10nm/2nm， Mg原子掺杂浓度为2×1019cm-3，NH3流量为10000sccm, Al0.3Ga0.7N/Al0.5Ga0.5N周期中Al源流量分别为60sccm及100sccm，生长气氛为N2。
6、在p型Al0.3Ga0.7N/Al0.5Ga0.5N电子阻挡层（即p型AlGaN电子阻挡层）L6上生长p型Al0.2Ga0.8N空穴注入层（即p型AlGaN层）L7：生长温度1050℃，压力为20000Pa，Mg掺杂浓度1×1020cm-3，厚度为50nm。
Claims (2)
1.一种调控紫外发光二极管外延片波长的处延方法，在衬底上从下到上依次外延生长缓冲层、非掺杂AlGaN层、n型AlGaN层、多量子阱AlxInyGa1-x-yN/AlaInbGa1-a-bN有源层、p型AlGaN电子阻挡层和p型AlGaN层；其特征在于：在外延生长所述多量子阱AlxInyGa1-x-yN/AlaInbGa1-a-bN有源层时，采用的生长温度为900～1000℃，并且在生长时气氛为N2，还脉冲式地通入H2。
2.根据权利要求1所述的处延方法，其特征在于：所述脉冲式地通入H2的量为2000～8000sccm。
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