本發明屬于半導體光電子器件制造技術領域,尤其涉及紫外發光二極管外延片的制造技術。
背景技術:
發光二極管(led,lightemittingdiode)具有長壽、節能、環保、可靠性高等優點。近年來,led在大屏幕彩色顯示、交通信號燈和照明等領域發揮了越來越重要的作用。但要在全彩屏顯示和照明領域上能得到更加廣泛的應用,則需要進一步提升led外延產出的均一性。
多量子阱有源區作為led的核心區域,通常由多組ingan量子阱和gan壘層交替重疊構成。由于h2會令in原子在材料表面停留的時間減少,增加in原子的逃逸概率,從而影響ingan中in的并入效率。因此,在現有的生長工藝中,多量子阱一般在純n2氣氛下生長,如專利文獻201210189941.5公開的在純n2氣氛下生長量子阱,采用的生長溫度為:760℃和780℃。201210189941.5公開的技術方案是采用傳統n2氣氛生長mqw,主要適用于富in的藍綠光led外延生長,對于紫光發光二極管外延片,純n2氣氛生長的環境,熱傳導較h2摻入的生長氣氛差,不利于alingan體系中al的遷移,不利于形成二維平面生長,進而影響晶體質量的提升。同時,由于純n2氣氛缺少對in并入的抵御機制,不利于alingan體系mqw獲得及調控紫外波段發光波長。
技術實現要素:
鑒于以上現有技術存在的缺陷,本發明目的是提出一種有利于調控紫外發光二極管的波長,并改善紫外發光二極管的波長均一性的外延方法。
本發明技術方案是:在襯底上從下到上依次外延生長緩沖層、非摻雜algan層、n型algan層、多量子阱alxinyga1-x-yn/alainbga1-a-bn有源層、p型algan電子阻擋層和p型algan層;其特征在于:在外延生長所述多量子阱alxinyga1-x-yn/alainbga1-a-bn有源層時,采用的生長溫度為900~1000℃,并且在生長時氣氛為n2,還脈沖式地通入h2。
本發明采用較高的溫度生長多量子阱有源層,并在生長過程中脈沖式的通入大量的h2,通過增加h化學勢(加大h分壓),適當調控富in局域態的形貌及顆粒尺寸,得到紫外發光二極管外延片的波長在300~400nm,且發光波長的均一性得到改善。
優選的,所述多量子阱有源區的主要氣氛為n2,脈沖式通入h2的量設定在2000~8000sccm。脈沖式通入h2的方式,一方面生長alingan體系mqw時,在此h2量下,利用h化學勢增加(加大h分壓),使in原子在材料表面停留的時間減少,逐漸縮小in并入的窗口,材料表面將主要以ga-al-nh3或ga-al-nh2為主,避免富in局域態形貌的形成,達到調控發光波長均一性目的,另一方面,脈沖式通入h2,可避免大量h2引入所造成的生長環境溫度的波動。
具體實施方式
本發明采用aixtron公司的mocvd設備進行外延生長,使用nh3、tmga/tega、tmin分別作為n、ga、in源。
以上所述的外延層生長,具體包括如下步驟:
1、在藍寶石襯底l1上生長一層aln低溫緩沖層l2:生長溫度550℃,壓力為65000pa,厚度為30nm,nh3流量為15000sccm,tmal流量100sccm,生長氣氛為h2。
2、在aln低溫緩沖層l2上生長非摻雜algan層l3:生長溫度1050℃,壓力為40000pa,nh3流量為10000sccm,tmal流量30sccm,tmga流量為300sccm,厚度約3μm,生長氣氛為h2。
3、在非摻雜algan層l3上生長一層n型algan層l4:生長溫度1050℃,壓力20000pa,厚度約為2.5μm,摻雜濃度為1×1019cm-3,nh3流量為10000sccm,tmal流量20sccm,tmga流量為200sccm,生長氣氛為h2。
4、在n型algan層l4上生長8對多量子阱alxinyga1-x-yn/alainbga1-a-bn有源層l5:壓力為30000pa,阱壘生長溫度均為950℃。
第一對alxinyga1-x-yn/alainbga1-a-bn中,每一層al0.1in0.03ga0.87n的厚度為4nm,每一層al0.3in0.01ga0.69n的厚度為8nm。
阱壘層nh3流量均為20000sccm,阱層tmal流量20sccm,tega流量為400sccm,tmin流量為300sccm,壘層tmal流量60sccm,tega流量為900sccm,tmin流量為100sccm,阱壘層生長時連續通入n2,n2量為30000sccm,阱壘層生長時脈沖式地通入h2,其中h2量調控范圍為2000sccm~8000sccm。
5、在多量子阱alxinyga1-x-yn/alainbga1-a-bn有源層l5上生長6對p型al0.3ga0.7n/al0.5ga0.5n電子阻擋層(即p型algan電子阻擋層)l6:生長溫度1000℃,生長壓力10000pa,al0.3ga0.7n/al0.5ga0.5n生長厚度分別為10nm/2nm,mg原子摻雜濃度為2×1019cm-3,nh3流量為10000sccm,al0.3ga0.7n/al0.5ga0.5n周期中al源流量分別為60sccm及100sccm,生長氣氛為n2。
6、在p型al0.3ga0.7n/al0.5ga0.5n電子阻擋層(即p型algan電子阻擋層)l6上生長p型al0.2ga0.8n空穴注入層(即p型algan層)l7:生長溫度1050℃,壓力為20000pa,mg摻雜濃度1×1020cm-3,厚度為50nm。