氮化物半导体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及氮化物半导体，更具体地，涉及ＧａＮ基氮化物半导体及其制备方法。根据本发明专利技术的氮化物半导体包含基底；按以下结构的任一种形成的ＧａＮ基过渡层：三层结构的Ａｌ↓［ｙ］Ｉｎ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ，ｙ］Ｎ／Ｉｎ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ｎ／ＧａＮ，其中０≤ｘ≤１且０≤ｙ≤１；两层结构的Ｉｎ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ｎ／ＧａＮ，其中０≤ｘ≤１；和Ｉｎ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ｎ／ＧａＮ的超晶格结构，其中０≤ｘ≤１；和ＧａＮ基单晶层。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氮化物半导体，更具体地涉及GaN基。
技术介绍
一般来说，GaN基氮化物半导体应用于作为高速开关和高功率器件的电子器件中，例如蓝/氯LED、MERSFET、HEMT等的光学元件。具体地，蓝/绿LED正处于已经进行大批量生产并且全球的规模指数增长的状态。这样的GaN基氮化物半导体通常在蓝宝石或SiC基底上生长。在低生长温度下，在蓝宝石基底或SiC基底上生长作为过渡层的AlxGa1-xN的多晶层。此后，在高温下，在该过渡层上生长良好质量的GaN基单晶层，从而制备GaN基氮化物半导体。其间，为了改善GaN基氮化物半导体的性能并保证其可靠性，研究了新型的过渡层，并且非常活跃地研究了GaN基氮化物半导体的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供，该方法能够减少由于GaN基单晶层与基底之间的热膨胀系数差和它们之间的晶格常数差所导致的晶体缺陷，并增强GaN基氮化物半导体的结晶性，从而改善氮化物半导体的性能并保证可靠性。本专利技术的另一个目的是提供可以改善其性能并保证可靠性的氮化物半导体发光器件(LED)。为了实现这些和其他优点，根据本专利技术的目的，正如所实施和概括描述的那样，氮化物半导体包括基底；在基底上形成的GaN基过渡层，所述过渡层是选自以下结构的任一种三层结构的AlyInxGa1-x，yN/InxGa1-xN/GaN，其中0≤x≤1且0≤y≤1；两层结构的InxGa1-xN/GaN，其中0≤x≤1；和InxGa1-xN/GaN的超晶格结构，其中0≤x≤1；以及在GaN基过渡层上形成的GaN基单晶层。在本专利技术的一个方面中，提供了一种制备氮化物半导体的方法。该方法包括以下步骤(a)在基底上生长GaN基过渡层，所述过渡层选自以下结构中的任一种三层结构的AlyInxGa1-x，yN/InxGa1-xN/GaN，其中0≤x≤1且0≤y≤1；两层结构的InxGa1-xN/GaN，其中0≤x≤1；和InxGa1-xN/GaN的超晶格结构，其中0≤x≤1；和(b)在所生长的GaN基过渡层上生长GaN基单晶层。在本专利技术的另一个方面中，氮化物半导体发光器件包括基底；在该基底上形成的GaN基过渡层，所述过渡层选自以下结构的任一种三层结构的AlyInxGa1-x，yN/InxGa1-xN/GaN，其中0≤x≤1且0≤y≤1；两层结构的InxGa1-xN/GaN，其中0≤x≤1；和InxGa1-xN/GaN的超晶格结构，其中0≤x≤1；在GaN基过渡层上形成的n-GaN层的第一电极层；在第一电极层上形成的活性层；和在活性层上形成的p-GaN层的第二电极层。附图说明图1(a)和1(b)是说明通过根据本专利技术的氮化物半导体制备方法形成的氮化物半导体的第一实施方案的结构的示意图。图2(a)和2(b)是说明通过根据本专利技术的氮化物半导体制备方法形成的氮化物半导体的第二实施方案的结构的示意图。图3(a)和3(b)是说明通过根据本专利技术的氮化物半导体制备方法形成的氮化物半导体的第三实施方案的结构的示意图。图4是示意说明根据本专利技术的氮化物半导体制备方法形成的氮化物半导体LED的结构的截面图。具体实施例方式现在详细说明本专利技术的优选实施方案，其实例在附图中说明。图1(a)和1(b)是说明通过根据本专利技术的氮化物半导体制备方法形成的氮化物半导体的第一实施方案的结构的示意图。如图1(a)所示，根据本专利技术的氮化物半导体包括基底(即蓝宝石基底或SiC基底)101和以AlyInxGa1-x，yN/InxGa1-xN/GaN的三层结构102-104在基底101上形成的GaN基过渡层110，其中0≤x≤1和0≤y≤1。GaN基单晶层120形成在GaN基过渡层110上。这里，GaN基单晶层120包括铟掺杂的GaN层105、未掺杂的GaN层106和硅掺杂的n-GaN层107。如图1(a)和1(b)所示，在GaN基单晶层120中，在形成铟掺杂的GaN层105之后，可以在铟掺杂的GaN层105上形成未掺杂的GaN层106。另外，也可以在形成未掺杂的GaN层106之后，在未掺杂的GaN层106上形成铟掺杂的GaN层105。氮化物半导体的GaN基过渡层110在MOCVD设备中在500-800℃的温度下以50-800的厚度生长。通过在提供载气H2和N2的同时引入TMGa、TMIn和TMAl源和高纯(＞99.9995％)NH3气体来生长GaN基过渡层110。这里，TMGa、TMIn和TMAl源的流量为5-300μmol/min，生长压力为100-700托。GaN基过渡层110可以有效地消除由于基底101与GaN基过渡层110之间的热膨胀系数差和在基底101与GaN基过渡层110之间的晶格常数差引起的应力，所述过渡层与AlyGa1-yN层102和InxGa1-xN层103结合。因此，它有助于GaN晶种生长并且当GaN晶种从位于GaN基过渡层110上部的GaN层104向上生长时被结合。诸如在基底101与GaN基过渡层110之间的边界处产生的位错等晶体缺陷减少，因此可以获得良好的GaN基氮化物半导体。根据本专利技术的氮化物半导体的GaN基晶体层120使用MOCVD设备并供给TMGa和TMIn源在900-1100℃的温度下生长。SiH4气体用作掺杂源。这里，n-GaN层的电极107具有1×1018/cm3或更大的载流子浓度。当引入TMGa和TMIn源时，其压力为100-700托，其流量为0.1-700μmol/min。同时，图2(a)和图2(b)是说明通过根据本专利技术的氮化物半导体制备方法形成的氮化物半导体的第二实施方案的结构的示意图。如图2(a)所示，根据本专利技术的氮化物半导体包括基底(即蓝宝石基底或SiC基底)201和以InxGa1-xN/GaN的两层结构202和203在基底201上形成的GaN基过渡层210，其中0≤x≤1。GaN基单晶层220形成在GaN基过渡层210上。这里，GaN基单晶层220包括铟掺杂的GaN层204、未掺杂的GaN层205和硅掺杂的n-GaN层206。GaN基过渡层210有助于GaN晶种生长，并且当GaN晶种从位于GaN基过渡层210上部的GaN层203向上生长时被结合。诸如在基底201与GaN基过渡层210之间的边界处产生的位错等晶体缺陷减少，因此可以获得良好的GaN基氮化物半导体。如图2(a)和2(b)所示，在GaN基过渡层210上层叠并形成的GaN基单晶层220中，在形成铟掺杂的GaN层204之后，可以在铟掺杂的GaN层204上形成未掺杂的GaN层205。另外，也可以在形成未掺杂的GaN层205之后，在未掺杂的GaN层205上形成铟掺杂的GaN层204。由于具有上述结构的氮化物半导体用与第一实施方案中所述的氮化物半导体制备方法相似的方法生长，这里将省略该制备方法的描述。同时，图3(a)和图3(b)是说明通过根据本专利技术的氮化物半导体制备方法形成的氮化物半导体的第三实施方案的结构的示意图。如图3(a)所示，根据本专利技术的氮化物半导体包括基底(即蓝宝石基底或SiC基底)301和以InxGa1-xN/GaN层302的超晶格结构在基底301上形成的GaN基过渡层，其中0≤x≤1。GaN基单晶层320形成在作为GaN基过渡层的InxGa1-xN/GaN层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体，包括：基底；在基底上形成的ＧａＮ基过渡层，该过渡层选自以下结构中的任一种：三层结构的Ａｌ↓［ｙ］Ｉｎ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ，ｙ］Ｎ／Ｉｎ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ｎ／ＧａＮ，其中０≤ｘ≤１且０≤ｙ≤１；两层结 构的Ｉｎ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ｎ／ＧａＮ，其中０≤ｘ≤１；和Ｉｎ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ｎ／ＧａＮ的超晶格结构，其中０≤ｘ≤１；和在ＧａＮ基过渡层上形成的ＧａＮ基单晶层。

【技术特征摘要】
KR 2002-8-19 10-2002-00490101.一种氮化物半导体，包括基底；在基底上形成的GaN基过渡层，该过渡层选自以下结构中的任一种三层结构的AlyInxGa1-x，yN/InxGa1-xN/GaN，其中0≤x≤1且0≤y≤1；两层结构的InxGa1-xN/GaN，其中0≤x≤1；和InxGa1-xN/GaN的超晶格结构，其中0≤x≤1；和在GaN基过渡层上形成的GaN基单晶层。2.权利要求1的氮化物半导体，其中，GaN基单晶层包含铟掺杂的GaN层；在铟掺杂的GaN层上形成的未掺杂的GaN层；和在未掺杂的GaN层上形成的硅掺杂的n-GaN层。3.权利要求1的氮化物半导体，其中，GaN基单晶层包含未掺杂的GaN层；在未掺杂的GaN层上形成的铟掺杂的GaN层；和在铟掺杂的GaN层上形成的硅掺杂的n-GaN层。4.一种氮化物半导体发光器件，包含基底；在基底上形成的GaN基过渡层，该过渡层选自以下结构中的任一种三层结构的AlyInxGa1-x，yN/InxGa1-xN/GaN，其中0≤x≤1且0≤y≤1；两层结构的InxGa1-xN/GaN，其中0≤x≤1；和InxGa1-xN/GaN的超晶格结构，其中0≤x≤1；在GaN基过渡层上形成的n-GaN层的第一电极层；在第一电极层上形成的活性层；和在活性层上形成的p-GaN层的第二电极层。5.权利要求4的氮化物半导体发光器件，进一步包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昔宪，
申请(专利权)人：LG伊诺特有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]