一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体制备技术领域，特别涉及一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构的制备方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(LED，Light Emitting D1de)是一种外延固体发光器件，通过在器件两端加载正向电压，电子和空穴在有源区复合产生大量光子，电能转化为光能。而氮化镓基外延是继Si和GaAs之后的第三代外延材料，近年来发展较为迅速。但同样也面临着很多问题，例如，当LED处于工作状态时，大量的电子会从有源层溢出，使得发光效率大大降低。目前常采用的解决方法是在发光层之后生长一层P型氮化铝镓电子阻挡层，用以减少电子的溢出，同时还可以显著降低外延片中P型层的位错密度，减弱镁的自补偿效应以及抑制并减少非辐射复合中心的产生，提高空穴的注入效率。
[0003]目前大部分P型氮化铝镓是铝组分是恒定不变的单层结构，随着镁的增加，氮化铝镓中空穴浓度单调上升，当空穴浓度达到最大后，随着镁的继续增加，镁的自补偿效应使空穴浓度反而下降，且材料劣化产生裂纹。因此，P型电子阻挡层结构的设计对氮化镓基LED的内量子效率和发光效率有很重要的影响。
【发明内容】
[0004]本发明所解决的技术问题在于提供一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构的制备方法，以解决上述【背景技术】中所提及的问题。
[0005]本发明提供的制备方法的具体技术方案为:一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构的制备方法，所述方法包括以下步骤:
提供一衬底；
沉积缓冲层于所述衬底之上；
沉积N型掺杂半导体层于所述缓冲层之上；
沉积发光层于所述N型掺杂半导体层之上；
沉积材料为AlxoInyoGa1-xo-yoN的P型掺杂空穴注入层于所述发光层之上；
沉积材料为AlxlInylGa1-xl-ylN的电子阻挡层与材料为Alx2Iny2Gany2N的空穴调整层交替堆叠组成的多层结构于所述空穴注入层之上，其中，yo>xo>0，xi>yi>0，X2 2 y2>0，xi>X2 > xo,yo>y2>yi；
沉积P型掺杂半导体层于所述多层结构之上，形成外延结构。
[0006]优选的，沉积所述P型掺杂空穴注入层时反应室的温度低于沉积所述多层结构时反应室的温度，其温度差值为50?100°C。
[0007]优选的，沉积多层结构过程中，首先停止通入P型杂质源，沉积位于多层结构下部的非故意P型掺杂子组合层，利用空穴注入层形成过程中的P型杂质通过延迟效应及后续高温条件下的扩散作用进入该子组合层内；然后再次通入P型杂质源，沉积形成位于多层结构上部的故意P型掺杂子组合层。
[0008]优选的，所述非故意P型掺杂子组合层的个数大于或等于所述故意P型掺杂子组合层的个数。
[0009]优选的，所述故意P型掺杂子组合层的个数<3。
[0010]优选的，所述空穴注入层的P型杂质浓度大于多层结构的P型杂质浓度。
[0011 ]优选的，所述空穴注入层的P型杂质平均浓度2 I X 118O
[0012]优选的，所述多层结构的P型杂质平均浓度2I X1016。
[0013]优选的，所述多层结构中至少2个子组合层的Al组分不同。
[0014]优选的，所述多层结构中子组合层的个数I2。
[0015]优选的，每一所述子组合层的总厚度为10埃?200埃。
[0016]优选的，所述空穴注入层的厚度为50埃?1000埃。
[0017]优选的，所述空穴注入层、电子阻挡层与空穴调整层的Al组分的变化方式为恒定掺杂、抛物线形、递增或递减变化掺杂。
[0018]采用上述的制备方法，制备的一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构，从下至上依次包括衬底、缓冲层、N型掺杂半导体层、发光层和P型掺杂半导体层，其中，所述发光层与P型掺杂半导体层之间还包含材料为AlxoInyoGa^o-yoN的P型掺杂空穴注入层和复数个子组合层堆叠形成的多层结构;所述每一个子组合层由材料为AlxlInylGa1-xl-ylN的电子阻挡层与材料为Alx2lny2Gai—x2-y2N的空穴调整层组成，其中，yo>xo>0，xi>yi>0，X2 2 y2>0，χι>X2 > xo，yo>y2>yi0
[0019]优选的，所述多层结构中位于下部的子组合层为非故意P型掺杂层，位于上部的子组合层为故意P型掺杂层，所述非故意P型掺杂的子组合层个数大于或等于所述故意P型掺杂的子组合层个数。
[0020]优选的，所述空穴注入层的P型杂质浓度大于多层结构的P型杂质浓度。
[0021]优选的，所述空穴注入层形成过程中的P型杂质通过延迟效应及后续高温条件下的扩散作用进入非故意P型掺杂子组合层内。
[0022]优选的，所述故意P型掺杂的子组合层个数<3。
[0023]优选的，所述多层结构中至少2个子组合层的Al组分不同。
[0024]优选的，所述多层结构中子组合层的个数I2。
[0025]优选的，每一所述子组合层的总厚度为10埃?200埃。
[0026]优选的，所述空穴注入层的厚度为50埃?1000埃。
[0027]本发明至少具有以下有益效果:
本发明通过在外延结构中发光层沉积结束后先成长一层P型空穴注入层，以高浓度掺杂提供足够的空穴，且临近发光层，可有效提升发光效率，同时为缓冲发光层与后续多层结构的晶格差异及实现低能阶特性，该空穴注入层采用低Al组分高In组分的材料组成。
[0028]随后生长高Al组分的电子阻挡层和低Al组分的空穴调整层交替层叠组成的多层结构，利用高Al组分与低Al组分交替分布的结构避免高Al组分引起的材料质量降低现象，同时利用In组分低能阶的特性与Al组分搭配调变多层结构的能阶变化以进一步改善多层结构整体电子阻挡及空穴调整的作用。
此外，在沉积临近空穴注入层的多层结构的子组合层时不通入P型杂质源，而是通过P型杂质的延迟效应及后续高温条件下的扩散作用进入该子组合层内；然后在继续生长的临近P型掺杂半导体层的子组合层中掺入P型杂质，在保证不增加电压特性的前提下，提升多层结构的晶体质量。
[0029]同时，所述空穴注入层和多层结构均为氮化铝铟镓材料层，调整多层结构中铝和铟的组分含量，在形成良好的电子阻挡性能的同时降低其阻值，且结合前述的空穴注入层提供的有效空穴来源改善芯片的抗静电性能。
【附图说明】
[0030]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
[0031]图1为本发明实施例一之发光半导体外延结构的制备方法流程图。
[0032]图2为本发明实施例一之发光半导体外延结构示意图。
[0033]图3为本发明实施例一之多层结构不意图一。
[0034]图4为本发明实施例一之多层结构示意图二。
[0035]图5为本发明实施例二之发光半导体外延结构示意图。
[0036]图6为本发明实施例二之多层结构示意图。
[0037]图中:10.衬底;20.缓冲层;30.N型掺杂半导体层;40.发光层;50.P型掺杂空穴注入层；60.多层结构；61、61’62、62’.子组合层；611、611’、621、621’.电子阻挡层;612、612’、622、622’.空穴调整层;70.P型掺杂半导体层。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。
[0039]实施例1
参看附图1?3，本发明提出一种具有电流阻挡与空穴调整层的外延结构的制备方法，其包括以下步骤:
501、提供一衬底1，衬底1选用蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓等材料中的一种；
502、沉积缓冲层20于衬底10之上，缓冲层20为非掺杂氮化物层或低掺杂氮化物层；
503、沉积N型掺杂半导体层30于缓冲层20之上；
504、沉积发光层40于N型半导体层30之上；
505、调节反应室温度至600?1000°C，压力为50?500torr，沉积材料为AlxQlnyQGa1-xq—y0N的P型掺杂空穴注入层50于发光层40之上，yQ>XQ>0，P型掺杂空穴注入层50的厚度为50埃?1000埃，其P型杂质浓度? I X 118，利用此高浓度P型掺杂提供充足的空穴，提高发光层40中的复合效率;且此高于后续多层结构60掺杂浓度的杂质亦为后续沉积层中杂质的迀移提供先决条件。同时该层沉积温度略高于或等同于发光层40温度，从而避免发光层40因高温环境而被破坏；
506、保持压力不变，调节反应室温度，使温度高于空穴注入层50的沉积温度50?100°C，沉积材料为AlxlInylGa1-xl—ylN的电子阻挡层与材料为Alx2Iny2Ga1-x2—y2N的空穴调整层交替堆叠组成的多层结构60于空穴注入层50之上；与空穴注入层50的沉积温度相比，该多层结构60的沉积温度较高，利用此高温条件提升晶体质量，减少缺陷，改善发光半导体的性能，其中xi>yi>0，x2 2 y2>0，xi>x2 2 xo，yo>y2>yi;
S07、沉积P型掺杂半导体层70于多层结构60之上形成外延结构。
[0040]本发明中，所述多层结构60中至少2个子组合层的Al组分不同，每一个子组合层均由一对材料为AlxlInylGa1-xl-ylN的电子阻挡层与材料为Alx2Iny2Gany2N的空穴调整层组成，其厚度为10埃?200埃，且电子阻挡层和空穴调整层中Al组分为恒定掺杂、抛物线形、递增或递减变化掺杂；
本实施例中沉积多层结构60的具体过程为:在P型掺杂的空穴注入层50沉积结束后，停止通入P型杂质源，通过延迟效应及后续高温条件下的扩散作用生长非故意P型掺杂的子组合层61，其由六]^11%16&1—\1—711'1的电子阻挡层611与4]^21%26&1—\2-72袖勺空穴调整层612组成，继续沉积子组合层62，其亦由材料为AlxlInylGa1-xl—ylN的电子阻挡层621与Alx2Iny2