一种发光二极管及其制作方法技术

本申请公开了一种发光二极管及其制作方法，依次包括：处理衬底、生长低温GaN缓冲层、生长非掺杂GaN层、生长n型GaN层、生长Mg掺杂InAlGaN层、生长多量子阱层、生长Si掺杂InAlN层、生长AlGaN电子阻挡层、生长P型GaN层，降温冷却。本发明专利技术通过在量子阱层前后分别插入Mg掺杂InAlGaN层和Si掺杂InAlN层来减少波长蓝移，并提高LED的内量子效率和亮度，尤其适合于制作小间距显示屏。作小间距显示屏。作小间距显示屏。

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管及其制作方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种发光二极管及其制作方法。

技术介绍

[0002]发光二极管(Light
‑
Emitting Diode，LED)是一种将电能转化为光能的半导体电子器件。当LED有电流流过时，LED中的电子与空穴在其多量子阱内复合而发出单色光。LED作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，除了目前已被广泛用作室内外照明，还被广泛应用于交通信号灯、汽车灯、室内外照明和显示屏。
[0003]当前的LED外延材料生长方法中，材料的禁带宽度受到限制，量子阱中基态升高，LED的发光波长容易向短波方向移动，即发生蓝移。当小间距显示屏中注入不同大小电流改变发光强度时，LED发光波长的蓝移量会出现较大差别，无法满足小间距显示屏的应用需要。
[0004]综上所述，急需研发新的LED芯片制作方法，减少波长蓝移，并提高LED的内量子效率和亮度，以满足小间距显示屏的应用需要。

技术实现思路

[0005]本专利技术通过采用新的发光二极管制作方法来减少波长蓝移，并提高LED的内量子效率和亮度。
[0006]本专利技术的发光二极管及其制作方法，依次包括：处理衬底、生长低温GaN缓冲层、生长非掺杂GaN层、生长n型GaN层、生长Mg掺杂InAlGaN层、生长量子阱层、生长Si掺杂InAlN层、生长AlGaN电子阻挡层、生长P型GaN层和降温冷却，其中，
[0007]所述生长Mg掺杂InAlGaN层，具体为：
[0008]将反应腔压力控制在100～300mbar，通入NH3、TMGa、Cp2Mg、TMAl以及TMIn，在所述n型GaN层上面生长厚度为20～70nm的Mg掺杂InAlGaN层，生长过程中控制反应腔温度从1200℃渐变减少至600℃；
[0009]所述生长Si掺杂InAlN层，具体为：
[0010]将反应腔压力控制在100～320mba，升高反应腔温度至900～950℃，通入NH3、SiH4、TMAl以及TMIn，在所述量子阱层上面生长厚度为10～50nm的Si掺杂InAlN层，生长过程中，周期性中断TMIn源使所述Si掺杂InAlN层的带隙能级大于所述量子阱层的带隙能级，且控制Al组分从35％渐变减少至8％，其中，TMIn中断和通入反应腔的时间分别是8s和4s。
[0011]优选地，所述处理衬底的具体过程为：
[0012]在1000℃～1100℃的温度下，通入H2，保持反应腔压力100～300mbar，处理蓝宝石衬底5～10min。
[0013]优选地，所述生长低温GaN缓冲层的具体过程为：
[0014]降温至500～600℃，保持反应腔压力300～600mbar，通入NH3、TMGa及H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20～40nm的低温GaN缓冲层；
[0015]升高温度到1000～1100℃，保持反应腔压力300～600mbar，通入NH3和H2，保温300～500s，将低温GaN缓冲层腐蚀成不规则岛形。
[0016]优选地，所述生长非掺杂GaN层的具体过程为：
[0017]升高温度到1000～1200℃，保持反应腔压力300～600mbar，通入NH3、TMGa及H2，持续生长2～4μm的非掺杂GaN层。
[0018]优选地，所述生长n型的GaN层的具体过程为：
[0019]保持反应腔压力300～600mbar，保持温度1000～1200℃，通入NH3、TMGa、H2及SiH4，持续生长3～4μm掺杂Si的n型GaN层。
[0020]优选地，所述生长量子阱层的具体过程为：
[0021]将反应腔压力控制在300～320mbar，控制反应腔温度在620～640℃，通入N2、NH3、TMGa以及TMIn，生长厚度为3～4nm的In
x
Ga
(1
‑
x)
N阱层，其中，x＝0.15～0.25；
[0022]控制反应腔压力不变，升高反应腔温度至800～820℃，通入N2、NH3、TMGa，生长厚度为8～10nm的GaN垒层；
[0023]周期性依次进行生长In
x
Ga
(1
‑
x)
N阱层和GaN垒层的步骤，周期数为3～13个。
[0024]优选地，所述生长AlGaN电子阻挡层的具体过程为：
[0025]在温度为900～950℃，反应腔压力为200～400mbar，通入NH3、TMGa、H2、TMAl和Cp2Mg的条件下，生长厚度为40～60nm的AlGaN电子阻挡层。
[0026]优选地，所述生长P型GaN层的具体过程为：
[0027]保持反应腔压力100～300mba、温度950～1000℃，通入NH3、TMGa、H2及Cp2Mg，持续生长50～200nm的掺杂Mg的P型GaN层。
[0028]优选地，所述降温冷却的具体过程为：
[0029]降温至650～680℃，保温20～30min，关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
[0030]相比于传统的生长方法，本专利技术中的制作方法达到了如下效果：
[0031]1、本专利技术在生长量子阱前插入Mg掺杂InAlGaN层，一方面由于Al原子比In原子有更低的主量子数和更宽的轨道能隙，由原子轨道的线性合并效应，Al原子在InAlGaN层中形成“Al
‑
In”键(或“In
‑
Mg
‑
Al”键)会增加In
x
Ga
(1
‑
x)
N阱层的禁带宽度，促使量子阱中基态降低，减少LED的发光波长向短波方向移动，从而减少波长蓝移；另一方面由于生长温度从1200℃高温渐变减少至600℃低温，使得N空隙较难形成，能够减少InAlGaN层内部N空隙，并且InAlGaN层中所携带的In原子与延伸至InAlGaN层中N空隙提前反应，减少N空隙延伸至量子阱层形成光子湮灭点的概率，能提高量子阱层载流子的复合发光效率，进而提高LED的亮度。InAlGaN层中掺杂有Mg，可以促进空穴的增加与迁移，配合InAlGaN层的势垒，可以使得空穴更加均匀进入In
x
Ga
(1
‑
x)
N/GaN量子阱层，提高内量子效率的同时还能提高出光均匀度。
[0032]2、本专利技术通过在量子阱后插入Si掺杂InAlN层，周期性中断TMIn源使所述Si掺杂InAlN层的带隙能级大于所述量子阱层的带隙能级，此时InAlN层与AlGaN电子阻挡层形成双阻挡层结构，能够有效防止电子溢流现象，提高内量子效率。生长InAlN层过程中通过调节Al组分从35％渐变减少至8％，能够促进InAlN层与量子阱的晶格常数相匹配，从而可以释放应力，使Si掺杂InAlN层内无极化效应，增大量子阱的等效带隙能级，减少波长蓝移。此外，InAlN层掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管及其制作方法，其特征在于，依次包括：处理衬底、生长低温GaN缓冲层、生长非掺杂GaN层、生长n型GaN层、生长Mg掺杂InAlGaN层、生长量子阱层、生长Si掺杂InAlN层、生长AlGaN电子阻挡层、生长P型GaN层和降温冷却，其中，所述生长Mg掺杂InAlGaN层，具体为：将反应腔压力控制在100～300mbar，通入NH3、TMGa、Cp2Mg、TMAl以及TMIn，在所述n型GaN层上面生长厚度为20～70nm的Mg掺杂InAlGaN层，生长过程中控制反应腔温度从1200℃渐变减少至600℃；所述生长Si掺杂InAlN层，具体为：将反应腔压力控制在100～320mba，升高反应腔温度至900～950℃，通入NH3、SiH4、TMAl以及TMIn，在所述量子阱层上面生长厚度为10～50nm的Si掺杂InAlN层，生长过程中，周期性中断TMIn源使所述Si掺杂InAlN层的带隙能级大于所述量子阱层的带隙能级，且控制Al组分从35％渐变减少至8％，其中，TMIn中断和通入反应腔的时间分别是8s和4s。2.根据权利要求1所述的一种发光二极管及其制作方法，其特征在于，在1000～1100℃的温度下，通入H2，保持反应腔压力100～300mbar，处理蓝宝石衬底5～10min。3.根据权利要求1所述的一种发光二极管及其制作方法，其特征在于，所述生长低温GaN缓冲层的具体过程为：降温至500～600℃，保持反应腔压力300～600mbar，通入流量为NH3、TMGa及H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20～40nm的低温GaN缓冲层；升高温度到1000～1100℃，保持反应腔压力300～600mbar，通入NH3和H2，保温300～500s，将低温GaN缓冲层腐蚀成不规则岛形。4.根据权利要求1所述的一种发光二极管及其制作方法，其特征在于，所述生长非掺杂GaN层的具体过程为：升高温度到1000～1200℃，保持反应腔压力300～600mbar，通入NH3、TMGa...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐平，许亚兵，季辉，
申请(专利权)人：湘能华磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：