一種p型GaN低阻值歐姆接觸層的製備方法

2023-04-23 23:53:16

一種p型GaN低阻值歐姆接觸層的製備方法
【專利摘要】本申請公開了一種p型GaN低阻值歐姆接觸層的製備方法，其特徵在於，依次包含處理襯底、在襯底上生長緩衝層、在緩衝層上生長u型GaN層、在u型GaN層上生長n型GaN層、在n型GaN層上生長MQW有源層、在MQW有源層上生長AlGaN層、在AlGaN層上生長第一p型GaN層以及在第一p型GaN層上生長第二p型GaN層。與現有技術相比，由於第二p型GaN層具有較高的Mg濃度摻雜，接觸層的空穴濃度較高，減少了第二p型GaN層與金屬接觸電阻率，亦使第二p型GaN層與金屬產生的勢壘區變窄，增加載流子通過隧穿穿越金屬與半導體接觸勢壘區機率，減低大功率LED晶片的工作電壓，從而提高大功率LED晶片的發光效率。
【專利說明】一種p型GaN低阻值歐姆接觸層的製備方法

【技術領域】
[0001] 本申請涉及半導體照明【技術領域】，具體地說，是涉及一種P型GaN低阻值歐姆接觸 層的製備方法。

【背景技術】
[0002] 發光二極體（LED)作為一種高效、環保和綠色新型固態照明光源，具有體積小、重 量輕、壽命長、可靠性高及使用功耗低等優點，使其得以廣泛應用。特別地，隨著LED行業的 迅猛發展，LED在照明領域的應用所佔比例越來越高。隨著大功率LED晶片在照明領域廣 泛應用，對大功率LED晶片發光效率要求與日俱增，要大功率LED晶片發光效率，一方面要 提高大功率晶片的亮度，另外一方面要降低大功率晶片在高電流密度下的工作電壓。
[0003] 藍光LED工作電壓主要是由電壓最小理論值、接觸電阻、低載流子濃度和低遷移 率材料的體電阻，載流子注入量子阱在導帶和價帶帶階處造成的能量損失等方面造成。因 此通過減小接觸電阻來降低工作電壓是降電壓的重要方式之一。
[0004] 在P型GaN (GaN即為氮化鎵）接觸比較難做，很少能獲得等於或小於1(T3 Q ? cm2 的接觸電阻率。低阻P型GaN材料歐姆接觸主要是受到兩個方面的制約：一方面是缺乏合 適的的接觸金屬材料，另外一方面是很難獲得高濃度P型摻雜GaN基材料。
[0005] 金屬與半導體接觸時，若半導體一側的摻雜濃度很高，則勢壘區寬度將會變薄，載 流子可以通過隧穿效應穿越勢壘，產生相當大的隧穿電流，形成歐姆接觸。另外，摻雜濃度 越高，產生的空穴濃度越高，其電阻率越低。因此如何獲得高摻雜濃度P型GaN層是減小接 觸阻值，增加載流子穿越金屬與半導體接觸勢壘區機率是LED領域需要攻破的領域之一。


【發明內容】

[0006] 本發明旨在提供一種p型GaN低阻值歐姆接觸層的製備方法，以降低p型GaN基 材料與金屬接觸電阻率，增加載流子通過隧穿穿越金屬與半導體接觸勢壘區機率，減低大 功率LED晶片的工作電壓，從而提高大功率LED晶片的發光效率。
[0007] 為了解決上述問題，本發明提供了一種p型GaN低阻值歐姆接觸層的製備方法，其 特徵在於，依次包含處理襯底、在襯底上生長緩衝層、在緩衝層上生長u型GaN層、在u型 GaN層上生長n型GaN層、在n型GaN層上生長MQW有源層、在MQW有源層上生長AlGaN層、 在AlGaN層上生長第一 p型GaN層以及在第一 p型GaN層上生長第二p型GaN層，其中，
[0008] 所述第二p型GaN層中的Mg濃度大於第一 p型GaN層中Mg濃度，所述第二p型 GaN層和所述第一 p型GaN層是在相同溫度條件以及相同壓力條件下生長的，所述第二p型 GaN層的生長速度為所述第一 p型GaN層生長速度的1/5-1/3，
[0009] 其中，所述第二p型GaN層Mg濃度為2. 5 X 102°-4X 102°at〇mS/cm3,所述第一 p型 GaN 層 Mg 濃度為 5 X 1019-8 X 1019atoms/cm3。
[0010] 優選地，所述第二p型GaN層的厚度為5_12nm。
[0011] 優選地，所述AlGaN層的厚度為40-70nm，所述第一 p型GaN層的厚度為50-100nm。
[0012] 優選地，所述第二P型GaN層是在940-980°C溫度條件下生長的。
[0013] 優選地，所述第一 p型GaN層和所述第二p型GaN層採用相同的載氣來生長。
[0014] 優選地，所述載氣為氫氣。
[0015] 與現有技術相比，本申請提供的p型GaN低阻值歐姆接觸層的製備方法中，生 長在第一 P型GaN層上的第二p型GaN層即為接觸層，第二p型GaN層中的Mg濃度在 2?5X102°-4X10 2°atoms/cm3間，第二p型GaN層（即接觸層）的Mg濃度大於第一p型GaN 層的Mg濃度。由於第二p型GaN層（即接觸層）具有較高的Mg濃度摻雜，接觸層的空穴濃 度較高，減少了第二P型GaN層（即接觸層）與金屬接觸電阻率，亦使第二p型GaN層（即 接觸層）與金屬產生的勢壘區變窄，增加了載流子通過隧穿穿越金屬與半導體接觸勢壘區 機率，減低了大功率LED晶片的工作電壓，從而提高了大功率LED晶片的發光效率。此外， 本發明中的第二P型GaN層（即接觸層）其生長厚度較厚，該層能讓電流擴散更加均勻，電 流分布均勻則會使得在測試抗靜電能力時產生瞬間電流值減小，降低靜電對晶片的損毀的 機率，提升了晶片抗靜電能力（ESD)的良率。本發明中製備方法實現起來方便和簡單，易於 推廣應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申 請的示意性實施例及其說明用於解釋本申請，並不構成對本申請的不當限定。在附圖中：
[0017] 圖1為本發明提供的製備方法流程圖；
[0018] 圖2為根據本發明提供的製備方法得到的接觸層與現有技術中接觸層電壓對比 圖；
[0019] 圖3為根據本發明提供的製備方法得到的接觸層與現有技術中接觸層ESD良率對 比圖。

【具體實施方式】
[0020] 如在說明書及權利要求當中使用了某些詞彙來指稱特定組件。本領域技術人員 應可理解，硬體製造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權利要求並不以 名稱的差異來作為區分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區分的準則。如在 通篇說明書及權利要求當中所提及的"包含"為一開放式用語，故應解釋成"包含但不限定 於"。"大致"是指在可接收的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所 述技術問題，基本達到所述技術效果。此外，"耦接"一詞在此包含任何直接及間接的電性 耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電 性耦接於所述第二裝置，或通過其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說 明書後續描述為實施本申請的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本申請的一般原則為目 的，並非用以限定本申請的範圍。本申請的保護範圍當視所附權利要求所界定者為準。
[0021] 在本發明中術語p型GaN層是指摻雜Mg或摻雜A1或同時摻雜Mg和A1後形成的 GaN層；術語n型GaN層是指慘雜Si後形成的GaN層；術語u型GaN層是指未慘雜的GaN 層。
[0022] 以下結合附圖對本申請作進一步詳細說明，但不作為對本申請的限定。
[0023] 實施例1 :
[0024] 如圖1所示，為本發明提供的p型GaN低阻值歐姆接觸層的製備方法流程圖，依次 包含處理襯底101、在襯底上生長緩衝層102、在緩衝層上生長u型GaN層103、在u型GaN 層上生長n型GaN層104、在n型GaN層上生長MQW有源層105、在MQW有源層上生長AlGaN 層106、在AlGaN層上生長第一 p型GaN層107以及在第一 p型GaN層上生長第二p型GaN 層108,第二p型GaN層中的Mg濃度大於第一 p型GaN層中Mg濃度，第二p型GaN層和第一 P型GaN層是在相同溫度條件以及相同壓力條件下生長的，第二p型GaN層的生長速度為第 一 P 型GaN層生長速度的 1/5-1/3。第二 p 型 GaN層Mg濃度為 2. 5X102°-4X102°atoms/cm3， 第一 p 型 GaN 層 Mg 濃度為 5X1019-8X1019atoms/cm3。第二 p 型 GaN 層的厚度為 5-12nm。 AlGaN層的厚度為40-70nm，第一 p型GaN層的厚度為50-100nm。第二p型GaN層是在 940-980°C溫度條件下生長的。第一 p型GaN層和第二p型GaN層採用相同的載氣來生長， 該載氣為氫氣。
[0025] 本發明提供的p型GaN低阻值歐姆接觸層的製備方法，是運用M0CVD生長GaN外延 層，米用高純氫氣或高純氮氣或氫氣和氮氣混合氣體作為載氣，高純氨氣作為N源，金屬有 機源三甲基鎵（TMGa)作為鎵源，三甲基銦（TMIn)作為銦源，p型摻雜劑為二茂鎂（Cp2Mg)， 襯底為藍寶石襯底，反應壓力在50mbar到650mbar之間。
[0026] 本申請的實施例可以按照以下具體實施步驟進行：
[0027] 1)處理襯底101 :將襯底在氫氣氣氛裡進行高溫退火，清潔該襯底表面，溫度控制 在1040-1080°C之間，襯底是適合GaN及其半導體外延材料生長的材料，如藍寶石，SiC，單 晶Si等，反應室壓力為50-150mbar，將襯底高溫淨化15-25min ;
[0028] 2)在襯底上生長緩衝層102 :降低溫度至500-560°C，反應室壓力為500-650mbar， 在氫氣環境下，在步驟1)中襯底上生長20-35nm厚的緩衝層；
[0029] 3)在緩衝層上生長u型GaN層103 :將反應室溫度升至1000-1120°C，反應室壓力 為500-650mbar，在氫氣氣氛下，在步驟2)中的緩衝層上生長2-3. 5 ii m厚的u型GaN層；
[0030] 4)在u型GaN層上生長n型GaN層104 :將反應室溫度升至1070-11KTC，反應室 壓力為500-650mbar，在氫氣氣氛下，在步驟3)中的u型GaN層上生長2-3. 5 ii m厚的n型 GaN 層，Si 的摻雜濃度為 8X 1018-1. 5X 1019atoms/cm3 ;
[0031] 5)在n型GaN層上生長MQW有源層105 :降溫至800-970 °C，反應室壓力為 300-500mbar，在氮氣氣氛下，在步驟4)中的n型GaN層上生長MQW有源層，MQW有源層是由 InGaN和GaN組成的多量子阱組成的，其中InGaN層厚度為2-3. 5nm，GaN厚度為8-13nm ;
[0032] 6)在MQW有源層上生長AlGaN層106 :將反應室溫度升至820-900°C，反應室壓力 為50-150mbar，在氮氣氣氛下，在上述的MQW有源層上生長AlGaN層；
[0033] 7)在AlGaN層上生長第一 p型GaN層107 :將反應室溫度升至940_980°C，反應室 壓力為300_500mbar，在氫氣氣氛下，在步驟6)的AlGaN層上生長70-100nm厚第一 p型GaN 層；
[0034] 8)在第一 p型GaN層上生長第二p型GaN層108 :控制反應室溫度為940_980°C， 反應室壓力為300-500mbar，在氫氣氣氛和低生長速度條件下，在步驟7)中的第一 p型GaN 層上生長5-12nm厚的第二p型GaN層，第二p型GaN層8的生長速度為步驟7)中第一 P型GaN層7的生長速度的1/5-1/3,第二p型GaN層即為本申請中的接觸層，Mg濃度為 2. 5X 1020_4X 1020atoms/cm3。
[0035] 9)退火：將溫度降至600?750°C，反應室壓力為300-500mbar，在氮氣氣氛下，活 化時間5-20min。
[0036] 對比試驗1 :
[0037] 本對比例提供了一種歐姆接觸層的製備方法及包括其的P型GAN低阻值歐姆接觸 層的製備方法，包括以下步驟：
[0038] 1、襯底處理：將溫度升至1040-1080°C，反應室壓力為50-150mbar，將襯底處理 15_25min ;
[0039] 2、生長緩衝層：將溫度升至500-560°C，反應室壓力為500-650mbar，在氫氣氣氣 氛下，在上述襯底生長20-35nm厚的緩衝層；
[0040] 3、生長uGaN層：將反應室溫度升至1000-1120°C，反應室壓力為500-650mbar，在 氫氣氣氛下，在上述的緩衝層上生長2-3. 5 ii m厚的u型GaN層；
[0041] 4、生長nGaN層：將反應室溫度升至1070-11KTC，反應室壓力為500-650mbar， 在氫氣氣氛下，在上述的u型GaN層上生長2-3. 5 ii m厚的n型GaN層，Si的摻雜濃度為 8X 1018-1. 5X 1019atoms/cm3 ；
[0042] 5、生長MQW有源層：將反應室溫度升至800-970°C，反應室壓力為300-500mbar，在 氮氣氣氛下，在上述的n型GaN層上生長MQW有源層，MQW有源層是由InGaN和GaN組成的 多量子阱組成的，其中InGaN層厚度為2-3. 5nm，GaN厚度為8-13nm ;
[0043] 6、生長AlGaN層：將反應室溫度升至820-900°C，反應室壓力為50-150mbar，在氮 氣氣氛下，在上述的MQW有源層上生長p型AlGaN層；
[0044] 7、第一 P型GaN層：將反應室溫度升至940-980°C，反應室壓力為300-500mbar，在 氫氣氣氣氛下，在上述的MQW有源層上生長70-100nm厚第一 P型GaN層；
[0045] 8、InGaN接觸層，反應室溫度為 780-88(rC，反應室壓力為 300-500mbar，在氮氣氣 氛下，在上述的第一 P型GaN層上生長2-5nm厚InGaN層作為接觸層。
[0046] 9、退火：將溫度降至600-750°C，反應室壓力為300-500mbar，在氮氣氣氛下，活化 時間 5-20min。
[0047] 測試：將實施例1和對比例1得到的產品製成28mil X 28mil的晶片，並進行性能 測試。測試結果請見表1。
[0048] 表 1
[0049]

【權利要求】
1. 一種p型GaN低阻值歐姆接觸層的製備方法，其特徵在於，依次包含處理襯底、在襯 底上生長緩衝層、在緩衝層上生長u型GaN層、在u型GaN層上生長n型GaN層、在n型GaN 層上生長MQW有源層、在MQW有源層上生長AlGaN層、在AlGaN層上生長第一p型GaN層以 及在第一P型GaN層上生長第二p型GaN層，其中， 所述第二P型GaN層中的Mg濃度大於第一p型GaN層中Mg濃度，所述第二p型GaN層和所述第一P型GaN層是在相同溫度條件以及相同壓力條件下生長的，所述第二p型GaN 層的生長速度為所述第一P型GaN層生長速度的1/5-1/3， 其中，所述第二P型GaN層Mg濃度為2. 5X102°-4X102°atoms/cm3,所述第一p型GaN層Mg濃度為 5X1019-8X1019atoms/cm3。
2. 根據權利要求1所述的P型GAN低阻值歐姆接觸層的製備方法，其特徵在於，所述第 二p型GaN層的厚度為5-12nm。
3. 根據權利要求1所述的P型GAN低阻值歐姆接觸層的製備方法，其特徵在於，所述 AlGaN層的厚度為40-70nm，所述第一p型GaN層的厚度為50-100nm。
4. 根據權利要求1所述的P型GAN低阻值歐姆接觸層的製備方法，其特徵在於，所述第 二P型GaN層是在940-980°C溫度條件下生長的。
5. 根據權利要求1所述的P型GAN低阻值歐姆接觸層的製備方法，其特徵在於，所述第 一P型GaN層和所述第二p型GaN層採用相同的載氣來生長。
6. 根據權利要求5所述的P型GAN低阻值歐姆接觸層的製備方法，其特徵在於，所述 載氣為氫氣。
【文檔編號】H01L33/40GK104377278SQ201410520243
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月30日 優先權日:2014年9月30日
【發明者】劉為剛 申請人:湘能華磊光電股份有限公司