[發(fā)明專利]MOVCD生長氮化物外延層的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810042187.6
• 申請日: 2008-08-28
• 公開（公告）號: CN101343733A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝茂盛;潘堯波;顏建鋒;周建華;孫永健;楊衛(wèi)橋;陳志忠;張國義
• 申請（專利權(quán)）人: 上海藍(lán)光科技有限公司;北京大學(xué);上海半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34;C23C16/455;C23C16/52
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所
• 代理人: 余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氮化鎵(GaN)為基的III-V族氮化物材料的有機(jī)金屬氣象淀積(MOCVD)外延生長方法，尤其是涉及氮化物多量子發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)外延片的生長方法。

背景技術(shù)

以GaN為代表的新一代半導(dǎo)體材料以其寬直接帶隙(Eg＝3.4eV)、高熱導(dǎo)率、高硬度、高化學(xué)穩(wěn)定性、低介電常數(shù)、抗輻射等特點(diǎn)獲得了人們的廣泛關(guān)注，在固態(tài)照明、固體激光器、光信息存儲、紫外探測器等領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用潛力。按中國2002年的用電情況計(jì)算，如果采用固態(tài)照明替代傳統(tǒng)光源，一年可以省下三峽水電站的發(fā)電量，有著巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益；而據(jù)美國能源部測算，到2010年，全美半導(dǎo)體照明行業(yè)產(chǎn)值將達(dá)500億美元。在光信息存儲方面，以GaN為基礎(chǔ)的固體藍(lán)光激光器可大幅度提高光存儲密度。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，GaN及其合金被寄予厚望。高亮度InGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)LEDs已經(jīng)商品化。

目前，以GaN為基的半導(dǎo)體材料和器件的外延生長最主要、最有效和最廣泛的是MOCVD技術(shù)。在利用MOCVD生長氮化物(GaN、AIN、InN及其它們的合金)技術(shù)中，由于沒有與氮化鎵晶格匹配的襯底材料，通常采用藍(lán)寶石為襯底的異質(zhì)外延。由于在藍(lán)寶石和氮化物之間存在大的晶格失配(～13.8％)和熱膨脹系數(shù)的差異，使得生長沒有龜裂、表面平整的高質(zhì)量氮化物非常困難。現(xiàn)已證實(shí)最有效的外延生長通常采用兩步外延方法。(參見圖1所示)如中國發(fā)明專利公開說明書CN1508282公開了這種方法，首先，在MOCVD反應(yīng)室中把藍(lán)寶石襯底加熱到1200℃，氫氣下高溫處理，然后溫度降低到490-550℃生長GaN成核層，其后，將生長溫度升高到1100-1180℃對成核層進(jìn)行退火，退火后，在最后的退火溫度下，通過線性變化TMGa的流量，開始變速率外延生長GaN緩沖層，在這之后，勻速生長一厚度為2-4微米的GaN緩沖層，在該緩沖層上外延生長器件結(jié)構(gòu)，并通過在其上生長InGaN/GaN多量子阱LED結(jié)構(gòu)，對變化速率進(jìn)行了優(yōu)化。

但是，該工藝在生長過程中，藍(lán)寶石襯底表面易形成損傷層及污染，從而降低外延片的質(zhì)量。

鑒于此，有必要提供一種新的工藝方法克服上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種MOCVD生長氮化物發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)外延片的方法，可以更好地清除藍(lán)寶石表面的損傷層及其表面的污染，也可以在藍(lán)寶石表面腐蝕出納米量級的微坑，這些微坑對改善外延層的質(zhì)量有好處，更重要的是可以增加LED的出光效率。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種用MOCVD生長氮化物外延層方法，它采用MOCVD技術(shù)，利用高純NH₃做N源，高純H₂或N₂做載氣，三甲基鎵(TMGa)或三乙基鎵(TEGa)和三甲基銦(TMIn)和三甲基鋁(TMAl)分別做Ga源和In源和Al源；襯底為藍(lán)寶石(Al₂O₃)；其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一，在MOCVD反應(yīng)室中把藍(lán)寶石襯底加熱到500℃和900℃之間，用H₂或N₂氣作載氣，通入三甲基鎵(TMGa)和NH₃在藍(lán)寶石表面生長一GaN犧牲層；其厚度在10納米到200納米之間；

步驟二，GaN犧牲層生長完畢之后，停止向反應(yīng)室通入三甲基鎵(TMGa)，繼續(xù)向反應(yīng)室通入NH₃，繼續(xù)向反應(yīng)室通入H₂或N₂氣，同時將生長溫度升高到1100℃以上；

步驟三，當(dāng)生長溫度升高到1100℃以上的某一設(shè)定的溫度之后，停止向反應(yīng)室通入NH₃，只向反應(yīng)室通入H₂或H₂和N₂的混合氣，使GaN犧牲層分解，同時和藍(lán)寶石表面發(fā)生反應(yīng)；

步驟四，在H₂氣氛下或H₂和N₂的混合氣氛下或N₂氣氛下，把MOCVD反應(yīng)室溫度降低至500℃到900℃的某一設(shè)定溫度，通入三甲基鎵(TMGa)和NH₃生長GaN成核層，其厚度控制在10納米到50納米之間；