[发明专利]一种带有极化诱导p型掺杂层的氮极性蓝紫光LED芯片及制备方法

说明书

一种带有极化诱导p型掺杂层的氮极性蓝紫光LED芯片及制备方法，属于半导体发光器件技术领域。由(0001)面蓝宝石衬底、低温GaN缓冲层、氮极性GaN模板层、n‑GaN电子注入层、多量子阱有源层、极化诱导p型掺杂空穴注入层组成，其中氮极性GaN模板层中有SiN_x掩膜层，极化诱导p型掺杂空穴注入层上设置有p电极，n‑GaN电子注入层有一裸露台面，在其上设置有n电极；本发明采用斜切的蓝宝石衬底，提高外延片的晶体质量及表面平整度；氮极性GaN模板层中原位插入SiN_x掩膜，有效阻挡位错同时降低非故意掺杂的浓度，提高内量子效率；采用Al组分线性增加的掺Mg的AlGaN制作形成为极化诱导p型掺杂空穴注入层，提高空穴的浓度，提高电注入效率。

技术领域

本发明属于半导体发光器件技术领域，具体涉及一种带有极化诱导p型掺杂层的氮极性蓝紫光LED芯片及制备方法。

背景技术

GaN，AlN，InN及其合金化合物都是直接带隙半导体，其禁带宽度可以在0.7eV到6.2eV之内连续调节，对应的发光波长从红外一直延伸到紫外波段，是制备LED的理想材料。但是目前为止，唯一适合作为p型掺杂剂的Mg其室温下在GaN中的激活能高达200meV。这就导致室温下Mg的激活效率不会超过1％，而过高的掺杂浓度又会引入其他问题，如表面退化，极性反转等。因此p型GaN中的空穴浓度很难超过10¹⁸cm^-3。低的空穴浓度会引入高的串联电阻，在大电流下工作还会导致Droop效应的产生。因此氮化物材料的p型掺杂成为了阻碍大功率高效率LED发展的瓶颈之一。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述p型材料中Mg激活效率低问题，用氮极性(外延方向为轴方向)Al组分线性增加的掺Mg的AlGaN代替传统掺Mg的GaN作为空穴注入层制备蓝紫光LED。该器件结构利用了AlGaN薄膜中自发极化强度随Al组分增加而增加的特性，在Al组分线性增加的AlGaN薄膜中形成负的空间极化电荷，利用极化电荷对空穴的吸引能力诱导Mg受主中的空穴发生电离。由此产生的空穴的浓度仅和薄膜内空间电荷的密度有关，不受热激活能量的限制，从而实现提高Mg受主激活率，提升LED性能的目的。

本发明的技术方案是：

本发明所设计的一种带有极化诱导p型掺杂层的氮极性蓝紫光LED芯片(见附图1和附图说明)，其特征在于：其从下至上依次由高温氮化处理、带有斜切角的(0001)面蓝宝石衬底1、低温GaN缓冲层2、氮极性GaN模板层3、n-GaN电子注入层5、多量子阱有源层6、极化诱导p型掺杂空穴注入层7组成，其中氮极性GaN模板层3中有SiN_x掩膜层4，极化诱导p型掺杂空穴注入层7上有p电极8，将部分表面蚀刻至裸露出n-GaN电子注入层5，其上面有n电极9.

如上所述的一种带有极化诱导p型掺杂层的氮极性蓝紫光LED芯片，其特征在于：所述的(0001)面蓝宝石衬底1具有一定的斜切角(即蓝宝石衬底1的生长面与蓝宝石(0001)晶面具有一定的夹角)，斜切方向为偏[1010]轴方向，斜切角为0.2～4°。

如上所述的一种带有极化诱导p型掺杂层的氮极性蓝紫光LED芯片，其特征在于：芯片中除(0001)面蓝宝石衬底1，p电极8，n电极9外，均采用MOCVD外延完成，外延过程中，外延生长方向为氮化物的方向，所述外延生长方向对应的晶面为面。

如上所述的一种带有极化诱导p型掺杂层的氮极性蓝紫光LED芯片，其特征在于：所述的SiN_x掩膜层4位于氮极性GaN模板层3当中，由氨气和硅烷原位生成。

如上所述的一种带有极化诱导p型掺杂层的氮极性蓝紫光LED芯片，其特征在于：多量子阱有源层6由阱层In_x3Ga_1-x3N和垒层GaN交替生长组成，对数在2～5对之间，每个阱层的厚度为2～4nm，每个垒层的厚度为10～15nm，其中0.1≤x3≤0.2。