[发明专利]一种发光二极管的外延生产方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体生产技术领域，特别是指氮化镓基发光二极管的外延结构设计及其生长方法。

背景技术

当前基于氮化镓基发光二极管（LED）的半导体照明技术正在向社会生活的各个方面渗透，如景观照明，特种照明，以及液晶背光源照明等。但是由于三族氮化物固有的缺陷多，位错密度大，材料质量差等问题，造成了基于三族氮化物的半导体照明器件抗静电能力差，且传统正装结构LED器件电流扩展能力差，这两方面极大的限制了其进一步进入高端应用市场。

比如在封装时加入齐纳二极管，操作时带静电环等，以及在材料结构中加入各种插入层，或者插入p型AlGaN并优化其生长条件等等。这些技术在一定程度上改善了GaN基LED的抗静电性能，但是仍然存在以下弊端：

1、工艺复杂，增加了LED的制作成本；

2、无法同时兼顾效率的提升与抗静电能力的同时改善，通常是改善效率以牺牲抗静电能力为代价，或者相反，无法实现真正的产业化应用；

3、插入层工艺会导致生长时间增加，降低了设备的产能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能同时改善GaN基LED抗静电能力与发光效率的发光二极管的外延生产方法。

本发明包括在衬底上采用金属有机化合物物理气相外延法生长低温氮化镓成核层；然后在低温氮化镓成核层上生长非故意掺杂氮化镓层；再在非故意掺杂氮化镓层上生长N型掺杂的氮化镓层；生长氮化铝镓铟多量子阱发光层；生长P型掺杂的氮化镓层；其特征在于在生长氮化铝镓铟多量子阱发光层之前，在N型掺杂的氮化镓层上由生长N型掺杂的氮化镓与非掺杂氮化镓交替的至少两个周期层组成的结构层。

本发明通过在nGaN与发光层之间插入调制掺杂的nGaN/uGaN周期性结构来解决GaN基LED内部电容小和电流扩展能力差的问题，达到增大LED的内部电容，改善GaN基LED电流扩展能力，从而提高GaN基LED抗静电能力，且能降低工作电压，提高发光效率，工艺简单，不额外增加生长时间，增大了产能。

本发明所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氧化锌或铝酸锂。

本发明所述衬底为平面衬底，或者表面上制作出规则或者不规则形状的的图形衬底，所述图形衬底的底部尺寸为0.1～10um，图形间距为0.1～5um，图形高度为0.1～5um。

本发明在衬底上生长所述低温氮化镓成核层的生长温度为500～600℃，生长压力为10000～90000Pa，生长厚度为0.01～0.1μm。

本发明生长非故意掺杂氮化镓层的生长温度为900～1200℃，生长压力为10000～60000Pa,生长厚度为1～5μm。

本发明生长N型掺杂的氮化镓层的生长温度为1000～1100℃，生长压力为10000～60000Pa，生长厚度为1～5μm，其N型掺杂元素为Si或其它能在GaN中作为N型杂质的元素。

本发明生长N型GaN与非掺杂GaN交替的周期层的生长温度为900～1100℃，生长压力为10000～60000Pa，其中n型掺杂氮化镓与非掺杂GaN的厚度分别是10～500nm和10～500nm，周期性结构的周期数是1～50，其N型掺杂元素为Si或其它能在GaN中作为N型杂质的元素，掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-5×10¹⁹cm^-3。

本发明生长氮化铝镓铟多量子阱发光层的生长温度为650～900℃，生长压力为20000～60000Pa，多量子阱Al_xIn_yGa_1-x-yN的势垒厚度为0.005～0.05um，Ga_1-xIn_xN量子阱厚度为0.001～0.01um，其中多量子阱的对数为1～30对。

本发明生长P型掺杂的氮化镓层的生长温度为800～1100℃，压力为10000～60000Pa，生长厚度为0.1～1μm。

附图说明

图1 采用nGaN/uGaN调制掺杂层LED结构的SIMS测试结果图。

图2 采用nGaN/uGaN调制掺杂层的LED结构示意图。

图3 采用nGaN/uGaN调制掺杂层的LED与参考LED的ESD测试结果图。

图4 采用nGaN/uGaN调制掺杂结构的LED与常规LED的I-V曲线。

具体实施方式

一、发光二极管的外延加工步骤原则：