一種發光二極管外延片的制造方法技術

一種發光二極管外延片的制造方法，涉及紫外（UV）光的LED外延片的生產的技術領域。在外延生長AlN成核層、AlGaN非摻雜層、n型AlGaN電子注入層、n型AlGaN空穴阻擋層、多量子阱有源區和AlGaN電子阻擋層時，通入N源前驅物和III族金屬有機化合物，本發明專利技術采用低分解溫度的有機氮源為N源前驅物，能夠在較低V/III比下獲得充足的活性N源，避免過多的V族N源前驅物與III族III族金屬有機化合物形成預反應，改善晶體生長質量，提高LED內量子效率，以此外延片制成的發光二極管的發光波長可達200～400nm。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及紫外（UV）光的LED，特別是其外延片的生產的

技術介紹
近來，已經開發出用于發射具有365nm或更短的波長的深紫外光的LED。紫光器件可以被廣泛地應用于空氣和水的消毒、表面污染物的去除、諸如生物劑檢測器的光傳感器、聚合物的UV固化、醫學分析設備等。目前紫光外延生長面臨的困難主要包括襯底和材料本身對紫光的吸收以及如何獲得較高晶體質量的AlGaN材質。早期材料生長有通過AlN緩沖層、SiN掩膜方式改善晶體質量，降低位錯密度，現有技術通過PSS襯底濺射AlN成核、材料生長中插入AlN層等方式改善晶體質量的效果顯著。通常紫光LED具有下述結構：含有Al的GaN基阱層的多量子阱結構介于n型AIGaN層和p型AIGaN層之間，以發射短波長的光。同時，由于AIGaN層通常不與金屬歐姆接觸，因此采用具有少量Al的GaN作為p型接觸層。然而，因為A1原子粘附系數更大，表面吸附原子的遷移率比Ga原子低得多，無法在表面獲得足夠的能量移動到合適的晶格位置，導致了三維島狀生長，結果造成高A1組分的AlGaN薄膜生長過程產生了不同的成核點，成核點增長成島后再合并，這樣生長的AlGaN薄膜中位錯密度、界面缺陷密度非常高。此外在MOCVD生長AlGaN材料過程中用到的Al源和氨氣的預反應非常迅速，也導致A1N和AlGaN層的晶體質量下降。有報道采用較低的V/III比以降低Al源前體與NH3的碰撞幾率，減少兩者的絡合物生成，而NH3具有較高的熱穩定性，低溫不易分解，通常外延生長需要大量的活性N來穩定材質表面。在低V/III比情況下采用NH3作為N源不利于獲得充足的活性N源，不利于獲得較高晶體值得AlGaN薄膜。也有報告通過脈沖方式生長高質量的AlN、AlGaN薄膜。
技術實現思路
本專利技術目的是通過一種外延生長方法，以解決氮化鎵基發光二極管存在的上述Al源前體與NH3發生預反應的問題。本專利技術技術方案是：在襯底的同一側依次外延生長AlN成核層、AlGaN非摻雜層、n型AlGaN電子注入層、n型AlGaN空穴阻擋層、多量子阱有源區、AlGaN電子阻擋層、AlGaN空穴注入層，其特征在于：在外延生長AlN成核層、AlGaN非摻雜層、n型AlGaN電子注入層、n型AlGaN空穴阻擋層、多量子阱有源區和AlGaN電子阻擋層時，通入N源前驅物和III族金屬有機化合物，本專利技術的特征是：所述N源前驅物為低分解溫度的有機氮源。本專利技術在外延片生長時采用低分解溫度的有機氮源作為N的前驅物，能夠在較低V/III比下獲得充足的活性N源，避免過多的V族N源前驅物與III族III族金屬有機化合物形成預反應，改善晶體生長質量，提高LED內量子效率，以此外延片制成的發光二極管的發光波長可達200～400nm。進一步地，本專利技術所述低分解溫度的有機氮源為偏二甲肼或苯基聯胺。采用偏二甲肼或苯基聯胺作為低分解溫度的有機氮源，因其分解溫度偏低，在溫度為400～600℃的條件下即可達到50%以上的分解效率，故可為材料生長提供充足的活性N源，有利于避免氮源未分解前與Al源形成絡合物，同時有利于維持材料生長時的薄膜質量，避免晶格缺陷。所述低分解溫度的有機氮源和III族有機金屬化合物的混合體積比為10～500∶1。在該比例下，一方面有利于保證N源的充足供應，避免N源與Al源預聚物的形成，同時該范圍內通過調節低分解溫度的有機氮源的通入量，調節材料的二維平面生長和三維結構生長。當降低有機氮源含量時，有利于借助III族金屬原子遷移勢壘偏高的特點，促進材料三維結構生長，形成二次成核重構外延層生長。當提高有機氮源的含量時，有利于借助N源在襯底的延伸吸附，減少III族金屬原子的遷移勢壘，促進材料二維平面生長，改善晶格缺陷，減少位錯的產生。三維結構生長與二維平面生長的調控促進晶體質量的提高。附圖說明圖1為本專利技術實施例制成的一種紫光二極管外延片的結構示意圖。具體實施方式實施例1：1、如圖1所示，在藍寶石襯底S1上生長一層厚度為30nm 的AlN低溫成核層S2：生長氣氛為H2，生長溫度500℃，壓力為65000Pa，生長N源為偏二甲肼，偏二甲肼流量為5000sccm，TMAl（三甲基鋁）流量100sccm。2、在AlN低溫成核層S2上生長厚度約3μm的 AlGaN非摻雜層S3：生長氣氛為H2，生長溫度1050℃，壓力為40000Pa，生長N源為偏二甲肼，偏二甲肼流量為10000sccm， TMAl（三甲基鋁）流量30sccm，TMGa（三甲基鎵）流量為300sccm。3、在AlGaN非摻雜層S3上生長一層厚度約為3μm的 n型AlGaN電子注入層S4：生長氣氛為H2，生長溫度1050℃，壓力20000Pa，摻雜濃度為1×1019cm-3，生長N源為偏二甲肼，偏二甲肼流量為10000sccm， TMAl（三甲基鋁）流量20sccm，TMGa（三甲基鎵）流量為200sccm。4、在AlGaN電子注入層S4上生長一層厚度約為5nm的n型AlGaN空穴阻擋層S5：生長氣氛為H2，生長溫度1050℃，壓力10000Pa，摻雜濃度為2×1018cm-3，生長N源為偏二甲肼，偏二甲肼流量為5000sccm， TMAl（三甲基鋁）流量100sccm，TMGa（三甲基鎵）流量為200sccm。6、在n型AlGaN空穴阻擋層S5上生長8對Al0.1In0.03Ga0.87N/ Al0.3In0.01Ga0.69N多量子阱有源區S6：生長氣氛為H2，生長溫度均為850℃，壓力為30000Pa，每對中的Al0.1In0.03Ga0.87N壘層和 Al0.3In0.01Ga0.69N阱層的厚度分別為4nm和8nm。壘層和阱層的生長N源均為偏二甲肼，以20000sccm的流量連續通入偏二甲肼。在生長阱層時，還通入流量為20sccm的TMAl（三甲基鋁），流量為400sccm 的TEGa（三甲基鎵）和流量為300sccm的TMIn（三甲基銦）。生長壘層時，還通入流量為60sccm的TMAl（三甲基鋁），流量為900sccm 的TEGa（三甲基鎵）和流量為100sccm 的TMIn（三甲基銦）。7、在多量子阱有源區S6上生長6對p型Al0.3Ga0.7N/Al0.5Ga0.5N電子阻擋層S7：每對中的Al0.3Ga0.7N層和Al0.5Ga0.5N層的生長厚度分別為10nm和2nm。生長氣氛為N2，生長溫度800℃，生長壓力10000Pa，Mg原子摻雜濃度為2×1019cm-3，生長N源為偏二甲肼，以10000sccm的流量連續通入偏二甲肼。在生長Al0.3Ga0.7N時還通入流量為60sccm的Al源，在生長Al0.5Ga0.5N時還通入流量為100sccm的Al源。8、在p型Al0.3Ga0.7N/Al0.5Ga0.5N電子阻擋層S7上生長厚度為50nm的p型Al0.2Ga0.8N空穴注入層S8：生長溫度900℃，壓力為20000Pa，生長N源為偏二甲肼，Mg摻雜濃度1×1020cm-3。實施例2實施例2與實施例1的區別僅在于：將偏二甲肼更換為苯基聯胺。同樣出能在藍寶石襯底S1上外延形成AlN低溫成核層S2、AlGaN非摻雜層S3、n型AlGaN電子注入層S4、n型AlGaN空穴阻擋層S本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種發光二極管外延片的制造方法，在襯底的同一側依次外延生長AlN成核層、AlGaN非摻雜層、n型AlGaN電子注入層、n型AlGaN空穴阻擋層、多量子阱有源區、AlGaN電子阻擋層、AlGaN空穴注入層，其特征在于：在外延生長AlN成核層、AlGaN非摻雜層、n型AlGaN電子注入層、n型AlGaN空穴阻擋層、多量子阱有源區和AlGaN電子阻擋層時，通入N源前驅物和III族金屬有機化合物，其特征在于：所述N源前驅物為低分解溫度的有機氮源。

【技術特征摘要】
1.一種發光二極管外延片的制造方法，在襯底的同一側依次外延生長AlN成核層、AlGaN非摻雜層、n型AlGaN電子注入層、n型AlGaN空穴阻擋層、多量子阱有源區、AlGaN電子阻擋層、AlGaN空穴注入層，其特征在于：在外延生長AlN成核層、AlGaN非摻雜層、n型AlGaN電子注入層、n型AlGaN空穴阻擋層、多量子阱有源區和AlGaN電子阻...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李志聰，王明洋，戴俊，閆其昂，孫一軍，王國宏，
申請(專利權)人：揚州中科半導體照明有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32