一种基于氮化镓（ＧａＮ）的半导体发光器件（ＬＥＤ），包括： ｎ型基于ＧａＮ的半导体层（ｎ型层）； 有源层；以及 ｐ型基于ＧａＮ的半导体层（ｐ型层）； 其中在生长所述有源层与所述ｐ型层之前通过使用氨气（ＮＨ↓［３］）作为氮源来外延地生长所述ｎ型层；以及 其中在所述ｎ型层的外延生长过程中Ⅴ族元素与Ⅲ族元素的流速比率或者Ⅴ／Ⅲ比率从初始值逐渐地减少到最终值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氮化镓(GaN)半导体发光器件的设计和制作。更具 体地，本专利技术涉及用于制作具有超高反向击穿电压的基于GaN的半 导体发光器件的方法。
技术介绍
在基于氮化镓的发光器件(LED)和激光器的开发中的最新成就 不仅将发光i普扩展到绿色、蓝色和紫外线区域，而且能够实现高的 发光效率。这是因为GaN材料具有在这些光语中允许光子发射的大 的直接带隙。由于它们的高能量效率、高亮度和长的寿命，基于GaN 的半导体LED已经广泛地使用于包括全色彩大型屏幕显示器、交通 灯、背光源和固态发光的应用中。基于GaN的LED通常包括p-n结的结构。GaN-LED也可以包括 基于GaN的n型半导体层、多量子阱(MQW )有源区域和基于GaN 的p型半导体层。在发光过程中，以如下电压正向偏置p-n结或者 MQW区域，该电压造成电流通过有源层从p型层流到n型层。然而， LED有时可能由于许多原因、例如由于受到静电放电(ESD)或者 意外地连接到反向电压源而变得反向偏置。另外，当交流电压用来 驱动LED时，LED变得反向偏置。当LED反向偏置时，在反向电压达到基于GaN的LED的反向寄 存电压的水平之前几乎没有电流(称为"反向电流")流过p-n结。当 偏置电压即使瞬间地超过击穿电压时，反向电流显著地增加，这可 能造成对LED的永久损坏。注意到归因于ESD的反向偏置可能特别 地有害，因为ESD电压可能比丄ED的典型反向击穿,电压大得多，而 ESD事件的发生常常是不可预测的。常规基于GaN的LED通常表现出低反向击穿电压，因此易于遭受这些反向击穿的风险。一般希望制作具有高反向击穿电压的基于GaN的LED.以增加 LED的可靠性。然而一直难以在实践中实现高的反向击穿电压。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提供一种基于氮化镓(GaN)的半导体发光 器件(LED),包括n型基于GaN的半导体层(n型层)；有源层； 以及p型基于GaN的半导体层(p型层)。在生长有源层与p型层 之前通过使用氨气(NH3)作为氮源来外延地生长n型层。在n型层 的外延生长过程中，V族元素与III族元素的流速比率或者V/III比 率从初始值逐渐地减少到最终值。在对这一实施例的一种变形中，基于GaN的LED表现出等于或 者大于60伏特的反向击穿电压。在对这 一 实施例的 一种变形中，初始v/in比率约在i ooo与i oooo 之间，而最终v/in比率约在150与500之间。在又一变形中，初始V/III比率约在2000与5000之间。 在又一变形中，最终V/III比率约在200与300之间。 在对这一 实施例的 一种变形中，有源层充分地接近n型层中达到最终v/in比率时所在的位置。在对这一实施例的又一变形中，有源层处于在与n型层中达到最终v/ni比率时所在的位置相距iooo埃之内。在对这一实施例的一种变形中，V/III比率减少工艺在n型层外延生长开始之后不久开始。在对这一实施例的一种变形中，v/in .比率减少工艺基本上是线 性的，其具有基本上恒定的减少速率。在对这一实施例的一种变形中，v/in比率从初始,v/ni比率减少 到最终v/ni比率的持续时间充分地长。在对这一实施例的一种变形中，基于GaN的LED的反向击穿电 压等于或者大于IIO伏特。...在只于这一实施例的一种变形中，基于GaN的LED的4妾通电压等 于或者少于3伏特。在对这一实施例的一种变形中，有源层是InGaN/GaN多量于阱 (MQW)层。附图说明图1图示了基于GaN的LED结构的横截面图。 图2呈现了流程图，该流程示了根据本专利技术的一个实施例在 改变NH3流速的同时生长n型GaN层工艺。具体实施例方式呈现以下描述以使本领域技术人员实现和运用本专利技术，并且在特 定应用及其要求的背景下提供该描述。对公开的实施例的各种修改 对于本领域技术人员将是明显的，并且这里定义的 一般原理可以适 用于其它实施例和应用而不脱离本专利技术的范围。因此，本专利技术不限 于所示实施例而将赋之以与权利要求书 一 致的最宽范围。概述本专利技术的实施例有助于制作具有超高反向击穿电压的基于GaN 的LED。具体而言，通过生长n型层，然后外延地生长有源层和p 型层来制作这样的基于GaN的LED的结构。在沉积n型层的洞时， 将氨气(NH3)用作氮源。取代了使用恒定的NH3流速，调节NH3 流速使得V族元素与III族元素之间的流速比率(称为V/III比率) 从初始值逐渐地减少到显著低于初始值的最终值。控制V/III比率减 少工艺使得变化速率递减而减少工艺的持续时间充分地长。在基于 GaN的LED的最终结构中，有源层充分地接近n-型层中到达最终 V/III比率时所在的位置。基于GaN的LED结构图1图示了根据本专利技术一个实施例的基于GaN的LED结构100 的横截面图。如图1中所示，在衬底102上制作基于GaN的LED结 构100。村底102可以包括但不限于蓝宝石(A1203 )衬底、碳化硅 (SiC)衬底、砷化镓(GaAs)衬底和/或硅(Si)衬底。注意到基于GaN的LED结构100包括n型层106、有源层108 和p型层110。这三个层形成LED器件的基本结构。更具体地，在 一个实施例中，先在衬底102上外延地生长n型层106,然后生长有 源层108和p型层110。在本专利技术的一个实施例中，有源层108包括 InGaN/GaN MQW结构。MQW结构有助于较高的载流子密度并且因 此有助于增加载流子的重新组合速率，这能够提高发光效率。可选地，可以在生长n型层106之前在衬底102上形成緩冲层 104。这对于晶格恒定和/或热膨胀系数匹配的目的而言是有利。虽然 图1中未示出，但是基于GaN的LED结构也可以包括分别电耦合到 n型层106和p型层IIO的n型电极和p型电极。注意到这些电极可 以通过使用任何电极制作技术以任何结构来制作。这样的技术包括 物理气相沉积和/或化学气相沉积。用于外延地生长基于GaN的LED结构100的技术可以包括但不 限于金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、混 合气相外延(HVPE)和/或金属有机气相外延(MOVPE)。注意到在衬底102上外延生长n型GaN层106需要Ga源和N源 两者。特别地，三曱基镓(TMGa)和氨(NH3)可以分别用作镓(III 族)源和N ( V族)源。在n型层的制作过程中，TMGa和NH3都 处于气相，而这些气体以预定的流速^C引入到沉积室中。通常，在用于n型层的制作工艺过程中维持某一V/III比率。在 通常n型层的制作工艺中，V/III比率近似地保持于1000与10000 之间，优选为2000与5000之间。通过改变NH,流速来实现超高反向击穿电压 '本专利技术的实施例提供一种用于通过在n型层沉积过程中通过改变NH3流速使得v/ni比率从常规值减少到小于常规值的最终值来实现GaNLED的超高反向击穿电压的方法。图2呈现了流程图，该流 程示了根据本专利技术的一个实施例在改变NH3流速的同时生长n 型层的工艺。该工艺从使用与初始V/III比率相对应的初始NH3流速来沉积n 型层(操作202)开始。在本专利技术的一个实施例中，初始流速可以是 通常用于n型层外延生长的正常流速，而初始V/II本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于氮化镓（ＧａＮ）的半导体发光器件（ＬＥＤ），包括： ｎ型基于ＧａＮ的半导体层（ｎ型层）； 有源层；以及 ｐ型基于ＧａＮ的半导体层（ｐ型层）； 其中在生长所述有源层与所述ｐ型层之前通过使用氨气（ＮＨ↓［３］）作为氮源来外延地生长所述ｎ型层；以及 其中在所述ｎ型层的外延生长过程中Ⅴ族元素与Ⅲ族元素的流速比率或者Ⅴ／Ⅲ比率从初始值逐渐地减少到最终值。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：江风益，王立，方文卿，莫春兰，蒲勇，熊传兵，
申请(专利权)人：晶能光电江西有限公司，
类型：发明
国别省市：36
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