一种p型GaN低阻值欧姆接触层的制备方法
【专利摘要】本申请公开了一种p型GaN低阻值欧姆接触层的制备方法，其特征在于，依次包含处理衬底、在衬底上生长缓冲层、在缓冲层上生长u型GaN层、在u型GaN层上生长n型GaN层、在n型GaN层上生长MQW有源层、在MQW有源层上生长AlGaN层、在AlGaN层上生长第一p型GaN层以及在第一p型GaN层上生长第二p型GaN层。与现有技术相比，由于第二p型GaN层具有较高的Mg浓度掺杂，接触层的空穴浓度较高，减少了第二p型GaN层与金属接触电阻率，亦使第二p型GaN层与金属产生的势垒区变窄，增加载流子通过隧穿穿越金属与半导体接触势垒区几率，减低大功率LED芯片的工作电压，从而提高大功率LED芯片的发光效率。
【专利说明】一种p型GaN低阻值欧姆接触层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及半导体照明【技术领域】，具体地说，是涉及一种P型GaN低阻值欧姆接触 层的制备方法。
【背景技术】
[0002] 发光二极管（LED)作为一种高效、环保和绿色新型固态照明光源，具有体积小、重 量轻、寿命长、可靠性高及使用功耗低等优点，使其得以广泛应用。特别地，随着LED行业的 迅猛发展，LED在照明领域的应用所占比例越来越高。随着大功率LED芯片在照明领域广 泛应用，对大功率LED芯片发光效率要求与日俱增，要大功率LED芯片发光效率，一方面要 提高大功率芯片的亮度，另外一方面要降低大功率芯片在高电流密度下的工作电压。
[0003] 蓝光LED工作电压主要是由电压最小理论值、接触电阻、低载流子浓度和低迁移 率材料的体电阻，载流子注入量子阱在导带和价带带阶处造成的能量损失等方面造成。因 此通过减小接触电阻来降低工作电压是降电压的重要方式之一。
[0004] 在P型GaN (GaN即为氮化镓）接触比较难做，很少能获得等于或小于1(T3 Q ? cm2 的接触电阻率。低阻P型GaN材料欧姆接触主要是受到两个方面的制约：一方面是缺乏合 适的的接触金属材料，另外一方面是很难获得高浓度P型掺杂GaN基材料。
[0005] 金属与半导体接触时，若半导体一侧的掺杂浓度很高，则势垒区宽度将会变薄，载 流子可以通过隧穿效应穿越势垒，产生相当大的隧穿电流，形成欧姆接触。另外，掺杂浓度 越高，产生的空穴浓度越高，其电阻率越低。因此如何获得高掺杂浓度P型GaN层是减小接 触阻值，增加载流子穿越金属与半导体接触势垒区几率是LED领域需要攻破的领域之一。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在提供一种p型GaN低阻值欧姆接触层的制备方法，以降低p型GaN基 材料与金属接触电阻率，增加载流子通过隧穿穿越金属与半导体接触势垒区几率，减低大 功率LED芯片的工作电压，从而提高大功率LED芯片的发光效率。
[0007] 为了解决上述问题，本发明提供了一种p型GaN低阻值欧姆接触层的制备方法，其 特征在于，依次包含处理衬底、在衬底上生长缓冲层、在缓冲层上生长u型GaN层、在u型 GaN层上生长n型GaN层、在n型GaN层上生长MQW有源层、在MQW有源层上生长AlGaN层、 在AlGaN层上生长第一 p型GaN层以及在第一 p型GaN层上生长第二p型GaN层，其中，
[0008] 所述第二p型GaN层中的Mg浓度大于第一 p型GaN层中Mg浓度，所述第二p型 GaN层和所述第一 p型GaN层是在相同温度条件以及相同压力条件下生长的，所述第二p型 GaN层的生长速度为所述第一 p型GaN层生长速度的1/5-1/3，
[0009] 其中，所述第二p型GaN层Mg浓度为2. 5 X 102°-4X 102°at〇mS/cm3,所述第一 p型 GaN 层 Mg 浓度为 5 X 1019-8 X 1019atoms/cm3。
[0010] 优选地，所述第二p型GaN层的厚度为5_12nm。
[0011] 优选地，所述AlGaN层的厚度为40-70nm，所述第一 p型GaN层的厚度为50-100nm。
[0012] 优选地，所述第二P型GaN层是在940-980°C温度条件下生长的。
[0013] 优选地，所述第一 p型GaN层和所述第二p型GaN层采用相同的载气来生长。
[0014] 优选地，所述载气为氢气。
[0015] 与现有技术相比，本申请提供的p型GaN低阻值欧姆接触层的制备方法中，生 长在第一 P型GaN层上的第二p型GaN层即为接触层，第二p型GaN层中的Mg浓度在 2?5X102°-4X10 2°atoms/cm3间，第二p型GaN层（即接触层）的Mg浓度大于第一p型GaN 层的Mg浓度。由于第二p型GaN层（即接触层）具有较高的Mg浓度掺杂，接触层的空穴浓 度较高，减少了第二P型GaN层（即接触层）与金属接触电阻率，亦使第二p型GaN层（即 接触层）与金属产生的势垒区变窄，增加了载流子通过隧穿穿越金属与半导体接触势垒区 几率，减低了大功率LED芯片的工作电压，从而提高了大功率LED芯片的发光效率。此外， 本发明中的第二P型GaN层（即接触层）其生长厚度较厚，该层能让电流扩散更加均匀，电 流分布均匀则会使得在测试抗静电能力时产生瞬间电流值减小，降低静电对芯片的损毁的 几率，提升了芯片抗静电能力（ESD)的良率。本发明中制备方法实现起来方便和简单，易于 推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申 请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0017] 图1为本发明提供的制备方法流程图；
[0018] 图2为根据本发明提供的制备方法得到的接触层与现有技术中接触层电压对比 图；
[0019] 图3为根据本发明提供的制备方法得到的接触层与现有技术中接触层ESD良率对 比图。
【具体实施方式】
[0020] 如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员 应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以 名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在 通篇说明书及权利要求当中所提及的"包含"为一开放式用语，故应解释成"包含但不限定 于"。"大致"是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所 述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，"耦接"一词在此包含任何直接及间接的电性 耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电 性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说 明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目 的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0021] 在本发明中术语p型GaN层是指掺杂Mg或掺杂A1或同时掺杂Mg和A1后形成的 GaN层；术语n型GaN层是指惨杂Si后形成的GaN层；术语u型GaN层是指未惨杂的GaN 层。
[0022] 以下结合附图对本申请作进一步详细说明，但不作为对本申请的限定。
[0023] 实施例1 :
[0024] 如图1所示，为本发明提供的p型GaN低阻值欧姆接触层的制备方法流程图，依次 包含处理衬底101、在衬底上生长缓冲层102、在缓冲层上生长u型GaN层103、在u型GaN 层上生长n型GaN层104、在n型GaN层上生长MQW有源层105、在MQW有源层上生长AlGaN 层106、在AlGaN层上生长第一 p型GaN层107以及在第一 p型GaN层上生长第二p型GaN 层108,第二p型GaN层中的Mg浓度大于第一 p型GaN层中Mg浓度，第二p型GaN层和第一 P型GaN层是在相同温度条件以及相同压力条件下生长的，第二p型GaN层的生长速度为第 一 P 型GaN层生长速度的 1/5-1/3。第二 p 型 GaN层Mg浓度为 2. 5X102°-4X102°atoms/cm3， 第一 p 型 GaN 层 Mg 浓度为 5X1019-8X1019atoms/cm3。第二 p 型 GaN 层的厚度为 5-12nm。 AlGaN层的厚度为40-70nm，第一 p型GaN层的厚度为50-100nm。第二p型GaN层是在 940-980°C温度条件下生长的。第一 p型GaN层和第二p型GaN层采用相同的载气来生长， 该载气为氢气。
[0025] 本发明提供的p型GaN低阻值欧姆接触层的制备方法，是运用M0CVD生长GaN外延 层，米用高纯氢气或高纯氮气或氢气和氮气混合气体作为载气，高纯氨气作为N源，金属有 机源三甲基镓（TMGa)作为镓源，三甲基铟（TMIn)作为铟源，p型掺杂剂为二茂镁（Cp2Mg)， 衬底为蓝宝石衬底，反应压力在50mbar到650mbar之间。
[0026] 本申请的实施例可以按照以下具体实施步骤进行：
[0027] 1)处理衬底101 :将衬底在氢气气氛里进行高温退火，清洁该衬底表面，温度控制 在1040-1080°C之间，衬底是适合GaN及其半导体外延材料生长的材料，如蓝宝石，SiC，单 晶Si等，反应室压力为50-150mbar，将衬底高温净化15-25min ;
[0028] 2)在衬底上生长缓冲层102 :降低温度至500-560°C，反应室压力为500-650mbar， 在氢气环境下，在步骤1)中衬底上生长20-35nm厚的缓冲层；
[0029] 3)在缓冲层上生长u型GaN层103 :将反应室温度升至1000-1120°C，反应室压力 为500-650mbar，在氢气气氛下，在步骤2)中的缓冲层上生长2-3. 5 ii m厚的u型GaN层；
[0030] 4)在u型GaN层上生长n型GaN层104 :将反应室温度升至1070-11KTC，反应室 压力为500-650mbar，在氢气气氛下，在步骤3)中的u型GaN层上生长2-3. 5 ii m厚的n型 GaN 层，Si 的掺杂浓度为 8X 1018-1. 5X 1019atoms/cm3 ;
[0031] 5)在n型GaN层上生长MQW有源层105 :降温至800-970 °C，反应室压力为 300-500mbar，在氮气气氛下，在步骤4)中的n型GaN层上生长MQW有源层，MQW有源层是由 InGaN和GaN组成的多量子阱组成的，其中InGaN层厚度为2-3. 5nm，GaN厚度为8-13nm ;
[0032] 6)在MQW有源层上生长AlGaN层106 :将反应室温度升至820-900°C，反应室压力 为50-150mbar，在氮气气氛下，在上述的MQW有源层上生长AlGaN层；
[0033] 7)在AlGaN层上生长第一 p型GaN层107 :将反应室温度升至940_980°C，反应室 压力为300_500mbar，在氢气气氛下，在步骤6)的AlGaN层上生长70-100nm厚第一 p型GaN 层；
[0034] 8)在第一 p型GaN层上生长第二p型GaN层108 :控制反应室温度为940_980°C， 反应室压力为300-500mbar，在氢气气氛和低生长速度条件下，在步骤7)中的第一 p型GaN 层上生长5-12nm厚的第二p型GaN层，第二p型GaN层8的生长速度为步骤7)中第一 P型GaN层7的生长速度的1/5-1/3,第二p型GaN层即为本申请中的接触层，Mg浓度为 2. 5X 1020_4X 1020atoms/cm3。
[0035] 9)退火：将温度降至600?750°C，反应室压力为300-500mbar，在氮气气氛下，活 化时间5-20min。
[0036] 对比试验1 :
[0037] 本对比例提供了一种欧姆接触层的制备方法及包括其的P型GAN低阻值欧姆接触 层的制备方法，包括以下步骤：
[0038] 1、衬底处理：将温度升至1040-1080°C，反应室压力为50-150mbar，将衬底处理 15_25min ;
[0039] 2、生长缓冲层：将温度升至500-560°C，反应室压力为500-650mbar，在氢气气气 氛下，在上述衬底生长20-35nm厚的缓冲层；
[0040] 3、生长uGaN层：将反应室温度升至1000-1120°C，反应室压力为500-650mbar，在 氢气气氛下，在上述的缓冲层上生长2-3. 5 ii m厚的u型GaN层；
[0041] 4、生长nGaN层：将反应室温度升至1070-11KTC，反应室压力为500-650mbar， 在氢气气氛下，在上述的u型GaN层上生长2-3. 5 ii m厚的n型GaN层，Si的掺杂浓度为 8X 1018-1. 5X 1019atoms/cm3 ；
[0042] 5、生长MQW有源层：将反应室温度升至800-970°C，反应室压力为300-500mbar，在 氮气气氛下，在上述的n型GaN层上生长MQW有源层，MQW有源层是由InGaN和GaN组成的 多量子阱组成的，其中InGaN层厚度为2-3. 5nm，GaN厚度为8-13nm ;
[0043] 6、生长AlGaN层：将反应室温度升至820-900°C，反应室压力为50-150mbar，在氮 气气氛下，在上述的MQW有源层上生长p型AlGaN层；
[0044] 7、第一 P型GaN层：将反应室温度升至940-980°C，反应室压力为300-500mbar，在 氢气气气氛下，在上述的MQW有源层上生长70-100nm厚第一 P型GaN层；
[0045] 8、InGaN接触层，反应室温度为 780-88(rC，反应室压力为 300-500mbar，在氮气气 氛下，在上述的第一 P型GaN层上生长2-5nm厚InGaN层作为接触层。
[0046] 9、退火：将温度降至600-750°C，反应室压力为300-500mbar，在氮气气氛下，活化 时间 5-20min。
[0047] 测试：将实施例1和对比例1得到的产品制成28mil X 28mil的芯片，并进行性能 测试。测试结果请见表1。
[0048] 表 1
[0049]
【权利要求】
1. 一种p型GaN低阻值欧姆接触层的制备方法，其特征在于，依次包含处理衬底、在衬 底上生长缓冲层、在缓冲层上生长u型GaN层、在u型GaN层上生长n型GaN层、在n型GaN 层上生长MQW有源层、在MQW有源层上生长AlGaN层、在AlGaN层上生长第一p型GaN层以 及在第一P型GaN层上生长第二p型GaN层，其中， 所述第二P型GaN层中的Mg浓度大于第一p型GaN层中Mg浓度，所述第二p型GaN层和所述第一P型GaN层是在相同温度条件以及相同压力条件下生长的，所述第二p型GaN 层的生长速度为所述第一P型GaN层生长速度的1/5-1/3， 其中，所述第二P型GaN层Mg浓度为2. 5X102°-4X102°atoms/cm3,所述第一p型GaN层Mg浓度为 5X1019-8X1019atoms/cm3。
2. 根据权利要求1所述的P型GAN低阻值欧姆接触层的制备方法，其特征在于，所述第 二p型GaN层的厚度为5-12nm。
3. 根据权利要求1所述的P型GAN低阻值欧姆接触层的制备方法，其特征在于，所述 AlGaN层的厚度为40-70nm，所述第一p型GaN层的厚度为50-100nm。
4. 根据权利要求1所述的P型GAN低阻值欧姆接触层的制备方法，其特征在于，所述第 二P型GaN层是在940-980°C温度条件下生长的。
5. 根据权利要求1所述的P型GAN低阻值欧姆接触层的制备方法，其特征在于，所述第 一P型GaN层和所述第二p型GaN层采用相同的载气来生长。
6. 根据权利要求5所述的P型GAN低阻值欧姆接触层的制备方法，其特征在于，所述 载气为氢气。
【文档编号】H01L33/40GK104377278SQ201410520243
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】刘为刚 申请人:湘能华磊光电股份有限公司