[发明专利]一种提高氮化镓基发光二极管抗静电能力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓GaN基发光二极管(LED)外延材料的生长方法。 该方法能降低发光二极管外延材料中的位错密度，提高发光二极管LED的ESD 抗静电能力。本发明还涉及一种氮化镓(GaN)基发光LED外延片结构。

背景技术

半导体LED具有高效节能、绿色环保的优点，在交通指示、户外全色显示 等领域有着广泛的应用，尤其是利用大功率LED可能实现半导体固态照明，有 望成为新一代光源进入千家万户，引起人类照明史的革命。目前实现半导体白 光源主要集中在三种方法上，第一种是红、绿、蓝光LED混合封装得到白光， 第二种是在蓝光LED芯片上涂敷黄光荧光粉，蓝光激发荧光粉发出黄光，蓝光 与黄光混合得到白光；第三种是在紫外LED芯片上涂敷三基色荧光粉，紫外光 激发荧光粉发出红、绿、蓝光，三者混合得到白光。目前最普遍应用的方法是 第二种，因此制备高亮度高可靠的蓝光LED是非常重要的。以GaN为代表的III族 氮化物属直接跃迁型的宽带隙半导体材料，其发光谱覆盖了从紫光到红光的整 个可见光波段，而且具有电子漂移饱和速度高、热导率高、硬度大、介电常数 小、化学性质稳定及抗辐射、抗高温等优点，使得其广泛地应用于高亮度蓝绿 光LED、蓝紫光LD的研制。

用于氮化镓研究的衬底材料比较多，但是能用于生产的衬底目前只有二 种，即蓝宝石Al₂O₃和碳化硅SiC衬底。碳化硅SiC衬底有许多突出的优点，化学 稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光等，可以采用上下电极 结构，能比较好的解决功率型氮化镓LED器件的散热问题。但不足方面也非常 突出：机械加工性能比较差，价格昂贵，目前国际上能提供商用的高质量的SiC 衬底的厂家只有美国CREE公司。因此，当前用于氮化镓生长的最普遍的衬底是 蓝宝石Al₂O₃衬底，众所周知，GaN与其衬底蓝宝石的晶格失配度相当大，所以 在蓝宝石上生长GaN容易造成大量的晶格缺陷，而这些缺陷过多就会造成p-n结 发生隧道击穿，从而大大降低器件ESD抗静电能力，容易导致器件失效，所以 减少晶格缺陷的形成是减少芯片失效率、增进稳定性最本质的办法。外延片生 长技术是发光二极管LED技术的精髓所在。为了提高LED发光效率，提高发光的 可靠性和稳定性，外延技术也是日新月异、突飞猛进。大连路美的前身——原 美国AXT光电公司公开了一种通过在生长铟镓氮(InGaN)层之前先长3层缓冲 层来减少晶格失配的方法。第一层是InGaN层，第二层是铝镓氮(AlGaN)，起从 InGaN到GaN的过渡作用，第三层是GaN，它为高质量的InGaN的生长提供了基础。 这项技术在保证亮度和电压的同时，能够有很好的稳定性。上海蓝光科技有限 公司公开了一种通过在原有GaN基LED结构的N型氮化镓(n-GaN)中插入一层未 掺杂的氮化镓层，或在N型氮化镓n-GaN层和多量子阱的势垒层间插入一层未掺 杂的氮化镓层，使在原有的氮化镓基LED结构中增加一电容，从而提高该GaN基 LED的抗静电性能。璨圆光电股份有限公司公开了一种具有高逆向反抗电压以 及高抗静电能力的氮化镓发光二极管结构，其结构与公知的氮化镓发光二极管 最主要的差异是利用未掺杂的氮化铟镓或是低能隙(Eg＜3.4eV)的未掺杂的氮 化铝铟镓两种材料，在公知的氮化镓发光二极管的P型接触层上形成一层抗静 电薄层。此抗静电薄层可以使得氮化镓发光二极管逆向反抗电压以及抗静电能 力获得明显改善，进而提高氮化镓发光二极管的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新的外延生长方法以及一种新的外延片结构， 提高氮化镓基发光二极管的抗静电能力。该方法在未掺杂的氮化镓高温缓冲层 中插入了氮化铝镓/氮化镓(Al_xGa_1-xN/GaN，0＜x＜1)超晶格结构。合理的超晶 格结构设计对缓释应力与降低氮化镓材料的位错密度有很大帮助，可以提高发 光二极管的内量子发光效率、降低正向工作电压，能明显提高氮化镓发光二极 管LED芯片的ESD抗静电能力。