一种调控紫外发光二极管外延片波长的处延方法与流程

文档序号:12807244阅读:334来源:国知局

本发明属于半导体光电子器件制造技术领域,尤其涉及紫外发光二极管外延片的制造技术。



背景技术:

发光二极管(led,lightemittingdiode)具有长寿、节能、环保、可靠性高等优点。近年来,led在大屏幕彩色显示、交通信号灯和照明等领域发挥了越来越重要的作用。但要在全彩屏显示和照明领域上能得到更加广泛的应用,则需要进一步提升led外延产出的均一性。

多量子阱有源区作为led的核心区域,通常由多组ingan量子阱和gan垒层交替重叠构成。由于h2会令in原子在材料表面停留的时间减少,增加in原子的逃逸概率,从而影响ingan中in的并入效率。因此,在现有的生长工艺中,多量子阱一般在纯n2气氛下生长,如专利文献201210189941.5公开的在纯n2气氛下生长量子阱,采用的生长温度为:760℃和780℃。201210189941.5公开的技术方案是采用传统n2气氛生长mqw,主要适用于富in的蓝绿光led外延生长,对于紫光发光二极管外延片,纯n2气氛生长的环境,热传导较h2掺入的生长气氛差,不利于alingan体系中al的迁移,不利于形成二维平面生长,进而影响晶体质量的提升。同时,由于纯n2气氛缺少对in并入的抵御机制,不利于alingan体系mqw获得及调控紫外波段发光波长。



技术实现要素:

鉴于以上现有技术存在的缺陷,本发明目的是提出一种有利于调控紫外发光二极管的波长,并改善紫外发光二极管的波长均一性的外延方法。

本发明技术方案是:在衬底上从下到上依次外延生长缓冲层、非掺杂algan层、n型algan层、多量子阱alxinyga1-x-yn/alainbga1-a-bn有源层、p型algan电子阻挡层和p型algan层;其特征在于:在外延生长所述多量子阱alxinyga1-x-yn/alainbga1-a-bn有源层时,采用的生长温度为900~1000℃,并且在生长时气氛为n2,还脉冲式地通入h2。

本发明采用较高的温度生长多量子阱有源层,并在生长过程中脉冲式的通入大量的h2,通过增加h化学势(加大h分压),适当调控富in局域态的形貌及颗粒尺寸,得到紫外发光二极管外延片的波长在300~400nm,且发光波长的均一性得到改善。

优选的,所述多量子阱有源区的主要气氛为n2,脉冲式通入h2的量设定在2000~8000sccm。脉冲式通入h2的方式,一方面生长alingan体系mqw时,在此h2量下,利用h化学势增加(加大h分压),使in原子在材料表面停留的时间减少,逐渐缩小in并入的窗口,材料表面将主要以ga-al-nh3或ga-al-nh2为主,避免富in局域态形貌的形成,达到调控发光波长均一性目的,另一方面,脉冲式通入h2,可避免大量h2引入所造成的生长环境温度的波动。

具体实施方式

本发明采用aixtron公司的mocvd设备进行外延生长,使用nh3、tmga/tega、tmin分别作为n、ga、in源。

以上所述的外延层生长,具体包括如下步骤:

1、在蓝宝石衬底l1上生长一层aln低温缓冲层l2:生长温度550℃,压力为65000pa,厚度为30nm,nh3流量为15000sccm,tmal流量100sccm,生长气氛为h2。

2、在aln低温缓冲层l2上生长非掺杂algan层l3:生长温度1050℃,压力为40000pa,nh3流量为10000sccm,tmal流量30sccm,tmga流量为300sccm,厚度约3μm,生长气氛为h2。

3、在非掺杂algan层l3上生长一层n型algan层l4:生长温度1050℃,压力20000pa,厚度约为2.5μm,掺杂浓度为1×1019cm-3,nh3流量为10000sccm,tmal流量20sccm,tmga流量为200sccm,生长气氛为h2。

4、在n型algan层l4上生长8对多量子阱alxinyga1-x-yn/alainbga1-a-bn有源层l5:压力为30000pa,阱垒生长温度均为950℃。

第一对alxinyga1-x-yn/alainbga1-a-bn中,每一层al0.1in0.03ga0.87n的厚度为4nm,每一层al0.3in0.01ga0.69n的厚度为8nm。

阱垒层nh3流量均为20000sccm,阱层tmal流量20sccm,tega流量为400sccm,tmin流量为300sccm,垒层tmal流量60sccm,tega流量为900sccm,tmin流量为100sccm,阱垒层生长时连续通入n2,n2量为30000sccm,阱垒层生长时脉冲式地通入h2,其中h2量调控范围为2000sccm~8000sccm。

5、在多量子阱alxinyga1-x-yn/alainbga1-a-bn有源层l5上生长6对p型al0.3ga0.7n/al0.5ga0.5n电子阻挡层(即p型algan电子阻挡层)l6:生长温度1000℃,生长压力10000pa,al0.3ga0.7n/al0.5ga0.5n生长厚度分别为10nm/2nm,mg原子掺杂浓度为2×1019cm-3,nh3流量为10000sccm,al0.3ga0.7n/al0.5ga0.5n周期中al源流量分别为60sccm及100sccm,生长气氛为n2。

6、在p型al0.3ga0.7n/al0.5ga0.5n电子阻挡层(即p型algan电子阻挡层)l6上生长p型al0.2ga0.8n空穴注入层(即p型algan层)l7:生长温度1050℃,压力为20000pa,mg掺杂浓度1×1020cm-3,厚度为50nm。



技术特征:

技术总结
一种调控紫外发光二极管外延片波长的处延方法,属于半导体光电子器件制造技术领域,在衬底上从下到上依次外延生长缓冲层、非掺杂AlGaN层、n型AlGaN层、多量子阱AlxInyGa1‑x‑yN/AlaInbGa1‑a‑bN有源层、p型AlGaN电子阻挡层和p型AlGaN层;在外延生长所述多量子阱有源层时,采用的生长温度为900~1000℃,并且在生长时气氛为N2,还脉冲式地通入H2。本发明可调控AlInGaN富In局域态的形貌及颗粒尺寸,得到紫外发光二极管外延片的波长在300~400nm,且波长的均一性得到改善。

技术研发人员:王国宏;李鸿渐;李志聪;王明洋;戴俊;孙一军
受保护的技术使用者:扬州中科半导体照明有限公司
技术研发日:2017.02.20
技术公布日:2017.07.04
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