[發(fā)明專利]氮化鎵基Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體LED外延片及其生長(zhǎng)方法以及包括其的LED顯示裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110275496.X
• 申請(qǐng)日: 2011-09-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102427103A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余小明;梁智勇;苗振林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘能華磊光電股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/06
• 分類號(hào): H01L33/06;C23C16/34;C30B25/02;C30B25/18;C30B29/38
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;余剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及LED外延片生長(zhǎng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種氮化鎵基III-V族化合物半導(dǎo)體LED外延片及其生長(zhǎng)方法。?

背景技術(shù)

白光LED的出現(xiàn)，使高亮度LED的應(yīng)用領(lǐng)域跨足至高效率照明光源市場(chǎng)，LED作為照明光源與現(xiàn)有傳統(tǒng)照明光源相比具有節(jié)約能源、壽命長(zhǎng)、體積小、發(fā)光效率高、無(wú)污染、色彩豐富等優(yōu)點(diǎn)。從能耗這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，白光的LED能耗是白熾燈的1/8，熒光燈的1/2，而且，白光LED的壽命能長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)個(gè)小時(shí)。另外白光LED的制作可實(shí)現(xiàn)無(wú)汞制作，對(duì)保護(hù)環(huán)境以及節(jié)約能源都具有重要的意義。?

雖然GaN基大功率型LED已經(jīng)取得很大的進(jìn)步(Cree公司已經(jīng)報(bào)道大功率白光LED的光效實(shí)驗(yàn)研發(fā)水平可達(dá)到208lm/w，日亞方面也有相關(guān)報(bào)道，稱其可達(dá)到150lm/w)，但是大功率LED還是存在許多沒(méi)有解決的技術(shù)問(wèn)題，如內(nèi)部量子效率依然不高，大電流下可能會(huì)出現(xiàn)DROOP效應(yīng)，即在大電流注入的情況下發(fā)光效率下降的現(xiàn)象，為了能夠解決上述問(wèn)題，研究人員進(jìn)行了大量研究，如對(duì)LED中外延片結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，?

目前，以GaN為基的III-V族化合物半導(dǎo)體LED的外延生長(zhǎng)主要用有機(jī)化學(xué)金屬氣相淀積法(MOCVD)來(lái)實(shí)現(xiàn)。以下將詳細(xì)介紹一種現(xiàn)有技術(shù)中利用MCOVD生長(zhǎng)氮化物(GaN、AlN、InN等)的方法，該方法包括如下步驟：?

(1)將藍(lán)寶石襯底裝入反應(yīng)室中，通入3.0-4.0升/分鐘的純H₂，將反應(yīng)室壓力控制在550-650mbar，在1050℃-1150℃的高溫下對(duì)襯底進(jìn)行熱處理300s-600s，去除表面H₂O和O₂，降溫到500℃-700℃，以8-15升/分鐘的流量通入NH₃對(duì)襯底進(jìn)行氮化處理100s-200s。?

(2)溫度降至530℃-570℃，通入流量為1×10^-4-5×10^-4摩爾/分鐘的TMGa與8-15升/分鐘的NH₃，生長(zhǎng)厚度20-30nm的GaN緩沖層，隨后升溫至1030℃-1100℃，使GaN緩沖層重結(jié)晶。?

(3)升高溫度至1000℃-1250℃，通入流量為7.90×10^-4-8.79×10^-4摩爾/分鐘的TMGa和20-30升/分鐘的NH₃，在GaN緩沖層上持續(xù)生長(zhǎng)2.0-3.0μm的不摻雜氮化鎵層(uGaN)；保持溫度，在不摻雜氮化鎵層上持續(xù)生長(zhǎng)1.8-2.5μm的n型摻Si的氮化鎵層(nGaN)；?

(4)溫度降至900-950℃，通入流量為2.15×10^-4-2.45×10^-4摩爾/分鐘的TMGa，流量為3.0-3.5升/分鐘的NH₃，流量非常少的SiH₄，在n-GaN上生長(zhǎng)第一壘層(First_Barrier)。?

(5)在First_Barrier層上生長(zhǎng)低摻雜In的高溫量子阱層(HT-MQW層)，具體生長(zhǎng)方式如下：HT-MQW由1-20個(gè)周期的高溫阱層和高溫壘層組成，生長(zhǎng)高溫阱層的條件是：在純氮?dú)獾臈l件下，保持溫度和First?Barrier一樣，通入流量為1.15×10^-5-1.45×10^-5摩爾/分鐘的TEGa，通入流量為30-35升/分鐘的NH₃，通入流量為3.10×10^-5-4.10×10^-5摩爾/分鐘的TMIn，生長(zhǎng)厚度為1-6納米的阱層；生長(zhǎng)高溫壘層的條件是：保持溫度和First?Barrier一樣，通入流量為2.0×10^-4-2.8×10^-4摩爾/分鐘的TMGa，通入流量為30-35升/分鐘的NH₃，通入少量的SiH₄，生長(zhǎng)厚度為40-80納米的Barrier層。?

(6)溫度降至760～820℃，在HT-MQW上生長(zhǎng)高摻雜In的低溫量子阱層(LT-MQW層)，LT-MQW層是由10-15個(gè)周期的覆蓋層(pre-cap層)，低溫阱層、低溫壘層組成，具體如下：?