本发明专利技术公开了一种基于m面SiC衬底上黄光LED材料及其制作方法。其生长步骤是：首先，将m面SiC衬底置于MOCVD反应室中进行热处理；接着，在热处理后的衬底上生长厚度为10-200nm的低温成核层；接着，在成核层之上生长厚度为0.2-100μm，Si掺杂浓度为4×1017cm-3～4×1019cm-3，C掺杂浓度为2×1017cm-3～2×1019cm-3的高温n型GaN有源层；最后，在有源层之上生长厚度为0.01-10μm，Mg掺杂浓度为1×1017cm-3～2×1019cm-3的高温p型GaN层。本发明专利技术具有工艺简单，成本低，发光效率高的优点，可用于制作非极性m面GaN黄光发光二极管。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子
，涉及一种半导体材料，可用于制作GaN黄光LED产 品。 技术背景 III-V族氮化物半导体材料具有直接带隙、热导率高、电子饱和迀移率高、发光效率 高、耐高温和抗辐射等优点，在短波长蓝光一紫外光发光器件、微波器件和大功率半导体器 件等方面有巨大的应用前景，通过调节In的组分，理论上讲可以实现对可见光波长的全覆 盖。 2012年H. Jdnen等人提出了在m面SiC和体GaN衬底上生长了 InGaN/GaN量 子讲结构的方案，参见 Large optical polarization anisotropy due to anisotropic in-plane strain in m-plane GaInN quantum well structures grown on m-plane 6H-SiC，Applied Physics Letters，100.15(2012):151905。该方案使用的体GaN衬底价格 非常昂贵，不利于大规模生产，该方案使用的InGaN/GaN量子阱结构的生长工艺复杂，生长 效率低，而且GaN的生长温度低，晶格失配较大，导致GaN的结晶质量退化，影响器件性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于m面SiC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。 实现本专利技术目的技术关键是：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。 - .本专利技术基于基于m面SiC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m面SiC衬底，其特征在于有源层使用C掺杂和Si掺杂的η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。 进一步，C掺杂的浓度为2 X IO17Cm 3~2 X 10 19cm 3, Si掺杂的浓度为4 X IO17Cm 3~ 4X IO19Cm 3〇 进一步，p型GaN层的厚度为0.01-10 μ m。 进一步，η型GaN层的厚度为0.2-100 μ m。 二.本专利技术，包括如下步骤： (1)将m面SiC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 X 10 2Torr,衬底加热 温度为910-1180°C，时间为5-10min，反应室压力为20-760Torr ; (2)在m面SiC衬底上生长厚度为10-200nm，温度为520-720°C的低温成核层； (3)在低温成核层之上生长厚度为0.2-100 μπι，Si掺杂浓度为4X IO17Cm 3~ 4 X IO19Cm 3, C 掺杂浓度为 2 X IO17Cm 3~2 X 10 19cm 3,温度为 900-1150°C 的高温 η 型 GaN 有 源层； (4)在η型GaN有源层之上生长厚度为0.01-10 μ m，Mg掺杂浓度为I XlO17Cm3~ 2父1019〇113，温度为900-1150°(：的高温？型6 &~层。 本专利技术由于采用C掺杂和Si掺杂的η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，提尚了材料的质量，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。 本专利技术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是本专利技术基于m面SiC衬底上黄光LED材料结构示意图； 图2为本专利技术制作基于m面SiC衬底上黄光LED材料的流程图。【具体实施方式】 参照图1，本专利技术的黄光LED材料设有四层，其中第一层为衬底，采用m面SiC ;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. 2-100 μ m的C 掺杂和Si掺杂的η型GaN层，其中C掺杂的浓度为2 X IO17Cm 3~2 X 10 19cm 3, Si掺杂的浓 度为4X IO17Cm 3~4X 10 19cm 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. 01-10 μπι， 掺杂浓度为I X l〇17cm 3~2 X 10 19cm 3的Mg掺杂GaN。 参照图2,本专利技术制作基于m面SiC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2 X IO18Cm 3、Si掺杂浓度为4 X IO18Cm 3的η型GaN有 源层的LED材料。 步骤1，对衬底基片进行热处理。 将m面SiC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2X10 2Torr,衬底加热温度为1020°C，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°C，向反应室通入流量为5 ymol/min的铝 源、流量为1200sccm氢气和流量为130〇SCCm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η型GaN有源层。 向反应室通入流量为30 μ mol/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1080°C，取C掺杂浓度为2 X IO18Cm 3， Si掺杂浓度为4 X IO18Cm 3,在低温AlN成核层上生长厚度为3 μ m的η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η型GaN层基片温度保持在1020°C，向反应室 通入流量为30 ymol/min的镓源、流量为1200sccm氢气，流量为HOOsccm的氨气和流量为 9 μ mol/min的Mg源，保持压力为40Torr，温度为1020°C，生长厚度为200nm的p型GaN层， 形成非极性m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2 X IO17Cm 3、Si掺杂浓度为4 X IO17Cm 3的η型GaN有 源层的LED材料。 本实例的实现步骤如下当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于m面SiC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m面SiC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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郝跃，任泽阳，许晟瑞，李培咸，张进成，姜腾，蒋仁渊，马晓华，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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