一种发光二极管结构及其生长方法技术

本发明专利技术提供了一种外延生长的ＬＥＤ结构及其生长方法，在传统的ＬＥＤ结构：衬底层上的缓冲层、ｕＧａＮ层、ｎ型ＧａＮ∶Ｓｉ层、复合量子阱层－垒层、ｐ型ＧａＮ∶Ｍｇ层的基础上，通过生长不掺杂的ｕＧａＮ隔层而使阱层与垒层被隔开，从而在界面处将复合量子阱层与垒层从物理上分隔开。结果表明，通过本发明专利技术的生长方法所产生的ＬＥＤ结构与现有技术的ＬＥＤ相比，可以显著地降低ＬＥＤ芯片的反向漏电电流Ｉｒ，并提高ＬＥＤ芯片的良品率。本发明专利技术可用于制造各种波长的ＧａＮ基ＬＥＤ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发光二极管(LED)结构及其生长方法，更具体而言涉及一种通过控制LED的量子阱层-垒层结构的生长来抑制反向漏电的方法。
技术介绍
在本申请人于2003年4月16日提出的中国专利技术专利申请“复合量子阱结构高亮度GaN基蓝光LED外延片生长方法”(申请号03118956.3)中，提出了一种复合量子阱结构的发光二极管(LED)外延片生长方法，其中公开了一种采用MOCVD(金属有机物化学气相沉积)技术来外延生长出的氮化镓(GaN)基LED半导体结构，包括衬底层上的缓冲层、不掺杂的uGaN层、n型GaN:Si层、复合量子阱层-垒层、以及p型GaN:Mg层。通过这种LED半导体结构，在一定的激发电流(例如20mA)下，可以激发出波长为455-475nm的蓝光。由于这种LED半导体结构的复合量子阱层-垒层非常薄(5-50纳米左右)，而且对MOCVD生长环境的波动非常敏感，因此在实际的生长过程中，很难出现上述理想的LED半导体结构，例如量子阱层和垒层的界面不清晰，掺杂的Si、Mg、Zn等元素会贯穿量子阱层和垒层，众所周知，Si、Mg、Zn等元素的掺入显然会导致出现LED反向漏电等问题；另外，晶体生长时不可避免地会存在缺陷，例如位错特别是螺位错的出现，如果掺杂Si、Mg、Zn等不理想的话，Si、Mg、Zn等会在例如螺位错贯穿LED结构时随同位错一起贯穿半导体结构，导致局部“导通”，给LED结构的光电特性带来很大的副面影响。其中的一个主要副面影响就是LED的反向漏电，在正常的产品中，如果LED结构在5V电压、20mA电流下工作，理想情况下漏电应该为零，但实际情况并非如此，一般情况下都会出现超标的反向漏电。反向漏电是影响LED使用寿命的一项重要指标。如果出现了较大的漏电电流，不仅会限制LED的光电特性和使用条件，而且还会显著地降低LED的抗光衰减性能和使用寿命。根据生产和应用的要求，在上述工况下，一般反向漏电电流最好不超过1μA，最大反向漏电电流不能超过10μA。但在现有技术的LED结构中，经常会出现反向漏电在5V电压、20mA电流下工作时反向漏电超过1μA甚至10μA的情况，大大降低了LED结构的可靠性和生产的良品率。反向漏电出现的原因是多方面的，除了LED芯片的制造工艺和LED封装工艺的影响因素之外，MOCVD外延生长的LED晶体层的结构特性是最大的“先天性”影响因素，这种因素造成的负面影响在后续工艺中是不可弥补的。因此，迫切需要一种通过控制LED层结构的生长来控制发光二极管的反向漏电的方法，以实现较好的LED光电特性，特别是反向漏电性能。
技术实现思路
根据以上所述，本专利技术提出了一种新型LED结构以及控制LED反向漏电的LED结构生长方法，它能够显著地降低LED工作时的反向漏电，同时又不会导致LED的其他性能下降。根据本专利技术的构思，提出了一种发光二极管结构，包括衬底层上的缓冲层、uGaN层、n型GaN:Si层、复合量子阱层-垒层、p型GaN:Mg层，其中通过加入uGaN隔层而使阱层与垒层被隔开。根据本专利技术的另一方面，提出了一种发光二极管结构，包括衬底层上的缓冲层、uGaN层、n型GaN:Si层、uGaN隔层-量子阱层-uGaN隔层-垒层、p型GaN:Mg层。根据本专利技术的另一方面，提出了一种发光二极管结构，包括衬底层上的缓冲层、uGaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-uGaN隔层-垒层-uGaN隔层、p型GaN:Mg层。根据本专利技术的另一方面，提出了一种发光二极管结构，包括衬底层上的缓冲层、uGaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-uGaN隔层-垒层、p型GaN:Mg层。根据本专利技术的另一方面，提出了一种生长根据本专利技术的发光二极管结构的方法，包括依次生长衬底层上的缓冲层、uGaN层、n型GaN:Si层、uGaN隔层-量子阱层-uGaN隔层-垒层、p型GaN:Mg层。根据本专利技术的另一方面，提出了一种生长根据本专利技术的发光二极管结构的方法，包括依次生长衬底层上的缓冲层、uGaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-uGaN隔层-垒层-uGaN隔层、p型GaN:Mg层。根据本专利技术的另一方面，提出了一种生长根据本专利技术的发光二极管结构的方法，包括依次生长衬底层上的缓冲层、uGaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-uGaN隔层-垒层、p型GaN:Mg层。按照本专利技术，通过这样来适当地生长uGaN隔层，可以显著地降低LED芯片的反向漏电电流Ir，并提高LED芯片的良率，同时保证芯片的其它性能不会下降。具体实施例方式下面通过具体实施例来更详细地介绍本专利技术。根据本专利技术的方法旨在通过改善量子阱层-垒层结构，在阱层与垒层之间插入一层没有任何掺杂元素(例如硅、镁、锌等)的uGaN隔层，防止Si、Mg、Zn等元素穿透界面而产生局部导通，从而达到抑制或防止反向漏电的目的。首先介绍传统的GaN基LED结构及生长方法，该方法见比较示例1的详细介绍。比较示例1传统生长的外延LED结构为衬底层上的缓冲层、uGaN层、n型GaN:Si层、复合量子阱层-垒层、p型GaN:Mg层。这种外延LED结构的传统生长方法采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石、碳化硅或其它合适衬底上外延生长出LED结构，具体实施方式如下利用英国Thomas Swan公司生产的TS-19型CCS-MOCVD机器，在衬底上外延生长LED结构，采用的衬底是日本京瓷公司生产的直径50mm的蓝宝石衬底，反应用原物料为三甲基镓、三甲基铝、三甲基镁、三甲基铟(江苏南大光电公司提供)；高纯氢气、氮气、高纯氨和硅烷(深圳中宏气体公司提供)当然，这些原材料也可从市场上的其它厂家买到。工艺路线如下1)缓冲层生长反应温度500-800℃，反应腔压力76-250Torr，载气流量为10-30升/分钟，三甲基镓流量为20-120微摩尔/分钟，氨气流量为20-80摩尔/分钟。时间为0.1-20分钟。2)uGaN层生长反应温度950-1150℃，反应腔压力76-250Torr，载气流量为5-20升/分钟，三甲基镓流量为80-400微摩尔/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟。时间为20-60分钟。3)GaN:Si层生长反应温度950-1150℃，反应腔压力76-250Torr，载气流量为5-20升/分钟，三甲基镓流量为80-400微摩尔/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟，硅烷流量为0.2-2.0纳摩尔/分钟。时间为10-30分钟。4)复合量子阱层-垒层生长 阱层反应温度700-900℃，反应腔压力100-500Torr，载气流量为5-20升/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟，三甲基镓流量为0.1-1.0微摩尔/分钟，三甲基铟流量为10-50微摩尔/分钟。时间为0.1-5分钟。垒层反应温度700-900℃，反应腔压力100-500Torr，载气流量为5-20升/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟，三甲基镓流量为10-50微摩尔/分钟，三甲基铟流量为5-30微摩尔/分钟。时间为0.1-5分钟。5)p型GaN:Mg层生长反应温度950-1100℃，反应腔压力76-250Torr，载气流量为5-20升/分钟，三甲基镓流量为80-400微摩尔/分钟，氨气流量为200-8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管结构，包括衬底层上的缓冲层、ｕＧａＮ层、ｎ型ＧａＮ：Ｓｉ层、复合量子阱层－垒层、以及ｐ型ＧａＮ：Ｍｇ层，其特征在于，通过加入ｕＧａＮ隔层而使所述阱层与垒层被隔开。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管结构，包括衬底层上的缓冲层、uGaN层、n型GaN:Si层、复合量子阱层-垒层、以及p型GaN:Mg层，其特征在于，通过加入uGaN隔层而使所述阱层与垒层被隔开。2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，在所述量子阱层-垒层中的阱层两侧分别生长一层不掺杂的uGaN隔层，使得所生长的外延LED结构为衬底层上的缓冲层、uGaN层、n型GaN:Si层、uGaN隔层-量子阱层-uGaN隔层-垒层、p型GaN:Mg层。3.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，在所述量子阱层-垒层中的垒层两侧分别生长一层不掺杂的uGaN隔层，使得所生长的外延LED结构为衬底层上的缓冲层、uGaN层、n型GaN:Si层、量子阱层-uGaN隔层-垒层-uGaN隔层、p型GaN:Mg层。4.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明德，严志军，
申请(专利权)人：深圳市方大国科光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]