一种抗静电外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗静电外延结构及其制备方法，所述外延结构包括衬底，依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第二半导体层包括P型AlGaN层、P型GaN层和高静电层，所述P型GaN层设置在P型AlGaN层上，所述高静电层插入在P型GaN层中；所述高静电层包括无掺杂GaN层和/或低掺杂GaN层，所述无掺杂GaN层由掺杂浓度为零的GaN制成，所述低掺杂GaN层由掺杂了Mg或Zn的GaN制成，掺杂浓度为a；所述P型GaN层由掺杂了Mg或Zn的GaN制成，掺杂浓度为b，a＜b。本发明专利技术在P型GaN层中插入高静电层，有效提高外延结构的抗静电能力。

【技术实现步骤摘要】
一种抗静电外延结构及其制备方法
本专利技术涉及发光二极管
，尤其涉及一种抗静电外延结构及其制备方法。
技术介绍
氮化镓(GaN)是宽禁带材料，电阻率高，GaN基LED芯片在生产、运送过程中产生的静电电荷不易消失，累积到一定程度可以产生很高的静电电压。蓝宝石衬底的LED芯片正负电极位于芯片同一侧，间距很小，因此对静电的承受能力很小，极易被静电击穿失效，影响器件的寿命。目前传统的GaN基LED外延生长结构过程为：500℃先在蓝宝石衬底上生长一层低温GaN缓冲层；然后接着在1100℃下生长一层未掺杂的高温GaN；再接着高温生长一层掺杂SiH4的n型GaN层,这一层提供复合发光的电子；然后接着在750～850℃下生长几个周期的GaN/InGaN的量子阱和量子垒作为LED的发光层，该层是GaN基LED外延的核心部分；然后在950℃左右生长掺杂Mg的P型AlGaN层，起到阻挡电子的作用；最后在1000℃左右生长一层掺杂Mg的P型GaN层，这一层提供复合发光的空穴；最后是退火过程。目前LED外延生长过程中，有源层多采用几个周期结构GaN/InGaN量子阱垒区，电子和空穴在能带较窄的阱层InGaN材料中复合发光。由于两种材料的晶格常数不同容易产生极化效应，引起位错缺陷，如果这种缺陷得不到有效控制，穿过GaN/InGaN量子阱垒区的线位错会导致大量表面缺陷，形成漏电通道，进而影响芯片承受抗静电的能力。所以有效改善有源发光层的结晶质量对提升LED芯片的抗静电能力非常重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种抗静电外延结构及其制备方法，有效提高外延结构的抗静电能力。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种抗静电外延结构，包括衬底，依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第二半导体层包括P型AlGaN层、P型GaN层和高静电层，所述P型GaN层设置在P型AlGaN层上，所述高静电层插入在P型GaN层中；所述高静电层包括无掺杂GaN层和/或低掺杂GaN层，所述无掺杂GaN层由掺杂浓度为零的GaN制成，所述低掺杂GaN层由掺杂了Mg或Zn的GaN制成，掺杂浓度为a；所述P型GaN层由掺杂了Mg或Zn的GaN制成，掺杂浓度为b，a＜b。作为上述方案的改进，所述高静电层的厚度为P型GaN层的厚度的40％～50％，所述高静电层的厚度为20～100nm。作为上述方案的改进，所述高静电层将P型GaN层分为第一P型GaN层和第二P型GaN层，其中，第一P型GaN层的掺杂浓度为b1，第二P型GaN层的掺杂浓度为b2，b1≥b2。作为上述方案的改进，第一P型GaN层的厚度为第二P型GaN层的厚度的1.2～1.5倍。作为上述方案的改进，所述P型AlGaN层由掺杂了Mg或Zn的AlGaN制成，掺杂浓度为c，c＜b。作为上述方案的改进，所述第二半导体层包括P型AlGaN层，以及3～8个循环周期的第一P型GaN层、无掺杂GaN层、低掺杂GaN层和第二P型GaN层。相应地，本专利技术还提供了一种抗静电外延结构的制备方法，包括以下步骤：一、在衬底上依次形成缓冲层、UGaN层、第一半导体层和有源层；二、在温度为700～800℃、压力为200～500mbar的条件下，在有源层上生长厚度为5～10nm的AlGaN，其中，Mg掺杂浓度为1*10E19atom/cm3，形成P型AlGaN层；三、在温度为800～950℃，压力为200～500mbar的条件下，生长厚度为20～30nm的GaN，其中，Mg的掺杂浓度为1*10E19～1*10E20atom/cm3，形成第一P型GaN层；四、在温度为800～950℃，压力为200～500mbar的条件下，生长厚度为2～5nm的GaN，形成无掺杂GaN层；五、在温度为800～950℃，压力为200～500mbar的条件下，生长厚度为5～50nm的GaN，其中，Zn或Mg的掺杂浓度为1*10E16～1*10E7atom/cm3，形成低掺杂GaN层；六、在温度为800～950℃，压力为200～500mbar的条件下，生长厚度为10～20nm的GaN，其中，Mg的掺杂浓度为1*10E18～1*10E19atom/cm3，形成第二P型GaN层；七、重复上述步骤三、四、五和六3～8次，形成第二半导体层。作为上述方案的改进，所述有源层的制备方法如下：一、在温度为810～860℃、压力为200～500mbar的条件下，生长一层1nm～3nm的GaN，然后再生长一层1nm～3nm调制掺杂的AlGaN，以此二者为一超晶格单元结构，交替连续生长2～6个周期，形成量子垒层；二、在温度为710～760℃、压力为200～500mbar的条件下，在量子垒层上生长一层厚度为2～6nm的InGaN，形成量子阱层；三、重复步骤一和二9～12次，形成有源层。作为上述方案的改进，所述第一半导体层的制备方法如下：在温度为1000～1200℃、压力为200～500mbar的条件下，在UGaN层上生长一层10000～30000埃的GaN，其中，Si掺杂浓度为1*10E18～7*10E18atom/cm3，形成第一半导体层。作为上述方案的改进，所述缓冲层和UGaN层的制备方法如下：一、在温度为500～550℃、压力为200～500mbar的条件下，在衬底上生长一层400～600埃的GaN，形成缓冲层；二、在温度为1000～1200℃、压力为200～500mbar的条件下，在缓冲层上生长一层10000～30000埃的GaN，形成UGaN层。实施本专利技术，具有如下有益效果：本专利技术在P型GaN层中插入高静电层，会形成三种效应，具体如下：一、本专利技术的高静电层由于没有掺杂或掺杂的浓度低于P型GaN层，因此与P型GaN层配合，可以形成更多有效空穴，提高与电子复合的发光效率，又可以降低工作电压，还可以保证晶体质量，一定程度上改善整体的抗静电能力。具体的，由于高静电层的掺杂浓度低，P型GaN层对有源层发出的光吸收变得不明显，因此可以增加P型GaN层的厚度，使得反向静电流不易击穿P型GaN层，提升静电能力。此外，高静电层将P型GaN层分为第一P型GaN层和第二P型GaN层，第一P型GaN层设置在P型AlGaN层上，由于P型AlGaN层作为电子阻挡层，因此与第一P型GaN层配合，可以降低工作电压。进一步，所述P型AlGaN层由掺杂了Mg的GaN制成，掺杂浓度为c，其中，c＜b。通过上述掺杂浓度的变化，可以进一步加强第一P型GaN层和P型AlGaN层的配合。二、由于高静电层插入在P型GaN层中，使得P型GaN层的浓度发生变化，形成高低高的浓度变化，从而产生电容效应。三、P型GaN层中的浓度变化，同时改变了P型GaN层的电阻高低，在静电电流通过P型GaN层中时，会因此分散开，避免集中烧毁，也提升了可靠度。附图说明...

【技术保护点】
1.一种抗静电外延结构，包括衬底，依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，其特征在于，所述第二半导体层包括P型AlGaN层、P型GaN层和高静电层，所述P型GaN层设置在P型AlGaN层上，所述高静电层插入在P型GaN层中；/n所述高静电层包括无掺杂GaN层和/或低掺杂GaN层，所述无掺杂GaN层由掺杂浓度为零的GaN制成，所述低掺杂GaN层由掺杂了Mg或Zn的GaN制成，掺杂浓度为a；/n所述P型GaN层由掺杂了Mg或Zn的GaN制成，掺杂浓度为b，a＜b。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗静电外延结构，包括衬底，依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，其特征在于，所述第二半导体层包括P型AlGaN层、P型GaN层和高静电层，所述P型GaN层设置在P型AlGaN层上，所述高静电层插入在P型GaN层中；
所述高静电层包括无掺杂GaN层和/或低掺杂GaN层，所述无掺杂GaN层由掺杂浓度为零的GaN制成，所述低掺杂GaN层由掺杂了Mg或Zn的GaN制成，掺杂浓度为a；
所述P型GaN层由掺杂了Mg或Zn的GaN制成，掺杂浓度为b，a＜b。


2.如权利要求1所述的抗静电外延结构，其特征在于，所述高静电层的厚度为P型GaN层的厚度的40％～50％，所述高静电层的厚度为20～100nm。


3.如权利要求2所述的抗静电外延结构，其特征在于，所述高静电层将P型GaN层分为第一P型GaN层和第二P型GaN层，其中，第一P型GaN层的掺杂浓度为b1，第二P型GaN层的掺杂浓度为b2，b1≥b2。


4.如权利要求3所述的抗静电外延结构，其特征在于，第一P型GaN层的厚度为第二P型GaN层的厚度的1.2～1.5倍。


5.如权利要求1所述的抗静电外延结构，其特征在于，所述P型AlGaN层由掺杂了Mg或Zn的AlGaN制成，掺杂浓度为c，c＜b。


6.如权利要求2所述的抗静电外延结构，其特征在于，所述第二半导体层包括P型AlGaN层，以及3～8个循环周期的第一P型GaN层、无掺杂GaN层、低掺杂GaN层和第二P型GaN层。


7.一种抗静电外延结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、在衬底上依次形成缓冲层、UGaN层、第一半导体层和有源层；
二、在温度为700～800℃、压力为200～500mbar的条件下，在有源层上生长厚度为5～10nm的AlGaN，其中，Mg掺杂浓度为1*10E19atom/cm3，形成P型AlGaN层；
三、在温度为800～950℃，压力为200～500mbar的条件下，生长厚度为20～30nm的GaN，其中，Mg的掺杂浓度为1*10E19～1*10E20a...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇美懿，庄家铭，
申请(专利权)人：佛山市国星半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44