[發明專利]提高載流子復合效率的復合量子阱結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201110330659.X
• 申請日: 2011-10-27
• 公開（公告）號: CN102368525A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 王明軍;魏世禎;胡加輝
• 申請（專利權）人: 華燦光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 江西省專利事務所 36100
• 代理人: 胡里程

1.一種提高載流子復合效率的復合量子阱結構，該發光二極管外延片的結構從下向上依次為，襯底層、氮化鎵低溫緩沖層、未摻雜的高溫氮化鎵層、Si摻雜的n型氮化鎵層、多量子阱結構MQW?、p型鋁鎵氮電子阻擋層、p型氮化鎵層、p型氮化鎵接觸層，其特征在于：多量子阱結構MQW從下往上依次包括高溫多量子阱結構、低溫淺量子阱結構、低溫發光多量子阱結構。

2.根據權利要求1所述提高載流子復合效率的復合量子阱結構，其特征在于：高溫淺量子阱結構包括2至8個周期的In_xGa_1-xN/GaN0?＜x＜0.5多量子阱，阱的厚度在2nm至3nm之間，壘的厚度在15至25nm之間，其中阱和壘的生長溫度相同，在820℃至920℃之間；生長壓力相同，在100Torr至500Torr之間。

3.根據權利要求1所述提高載流子復合效率的復合量子阱結構，其特征在于：低溫淺量子阱結構MQW?包括2至15個周期的In_yGa_1-yN/GaN???0＜y＜0.5多量子阱；阱的厚度在1nm至3nm之間，生長溫度在720℃至820℃之間；壘的厚度在10至25nm之間，生長溫度在820℃至920℃之間，2至15個周期的In_yGa_1-yN??0＜y＜0.5的厚度可以一樣的，也可以是逐漸變厚或者逐漸變薄或者是厚薄交替的。

4.根據權利要求1所述提高載流子復合效率的復合量子阱結構，其特征在于：低溫發光多量子阱結構MQW?包括1至10個周期的In_yGa_1-yN/GaN??0＜y＜0.5?多量子阱組成；阱的厚度在2nm至5nm之間，生長溫度在720℃至820℃之間；壘的厚度在10至25nm之間，生長溫度在820℃至920℃之間；1至10個周期的In_yGa_1-yN??0＜y＜0.5的厚度可以一樣的，也可以是逐漸變厚或者逐漸變薄或者是厚薄交替的。

5.根據權利要求1或2所述提高載流子復合效率的復合量子阱結構，其特征在于：高溫淺量子阱結構中的阱In_xGa_1-xN層的生長溫度較低溫淺量子阱結構的阱In_yGa_1-yN的生長溫度要高。

6.根據權利要求1所述提高載流子復合效率的復合量子阱結構，其特征在于：高溫淺量子阱結構中的阱In_xGa_1-xN層x范圍為0＜x＜0.5，低溫淺量子阱結構的阱In_yGa_1-yN中y范圍為0＜y＜0.5，并且有x＜y。

7.根據權利要求1或4所述提高載流子復合效率的復合量子阱結構的制備方法，其特征在于：低溫發光量子阱結構中每一個阱的厚度較低溫淺量子阱結構中任意一個阱的厚度要厚。

8.一種提高載流子復合效率的復合量子阱結構的制備方法，其步驟：

⑴首先將襯底材料在氫氣氣氛里進行退火1-10分鐘，清潔襯底表面，溫度控制在1050℃與1180℃之間，然后進行氮化處理；

⑵將溫度下降到450℃與600℃之間,?生長15至35?nm厚的低溫GaN成核層，此生長過程時，生長壓力在400?Torr至600Torr之間，Ⅴ/Ⅲ摩爾比在500至3000之間；

⑶低溫緩沖層生長結束后，對低溫緩沖層在原位進行退火處理，退火溫度在1000-1200℃之間，時間在5分鐘至10分鐘之間；

⑷退火之后，將溫度調節到1000℃至1200℃之間，生長厚度為0.8μm至5μm的u-GaN層，此生長過程時，生長壓力在100?Torr至760?Torr之間，Ⅴ/Ⅲ摩爾比在300至3000之間；

⑸u-GaN?3生長結束后，生長一層Si摻雜的n-GaN層，厚度在1-5μm之間，生長溫度在1000℃至1200℃之間，生長壓力在50?Torr至760?Torr之間，Ⅴ/Ⅲ摩爾比在300至3000之間，Si摻雜濃度在10¹⁷?cm^-3-10¹⁹?cm^-3之間；

⑹n-GaN層生長結束后，開始生長高溫多量子阱結構MQW?501，高溫多量子阱結構MQW?501由2至8個周期的In_xGa_1-xN/GaN??0＜x＜0.5?多量子阱組成；阱的厚度在2nm至3nm之間，壘的厚度在15至25nm之間，其中阱和壘的生長溫度相同，在820℃至920℃之間；生長壓力相同，在100Torr至500Torr之間；Ⅴ/Ⅲ摩爾比相同，在300至5000之間；

⑺高溫多量子阱結構MQW?501生長結束后，開始生長低溫淺量子阱結構MQW?502，低溫淺量子阱結構MQW包括2至15個周期的In_yGa_1-yN/GaN??0＜y＜0.5多量子阱；阱的厚度在1nm至3nm之間，生長溫度在720℃至820℃之間，生長壓力在100Torr至500Torr之間，Ⅴ/Ⅲ摩爾比在300至5000之間；壘的厚度在10至25nm之間，生長溫度在820℃至920℃之間，生長壓力在100Torr至500Torr之間，Ⅴ/Ⅲ摩爾比在300至5000之間；

⑻低溫淺量子阱結構MQW生長結束后，開始生長低溫發光量子阱結構MQW，低溫發光多量子阱結構MQW?包括1至10個周期的In_yGa_1-yN/GaN????0＜y＜0.5多量子阱組成；阱的厚度在2nm至5nm之間，生長溫度在720℃至820℃之間，生長壓力在100Torr至500Torr之間，Ⅴ/Ⅲ摩爾比在300至5000之間；壘的厚度在10至25nm之間，生長溫度在820℃至920℃之間，生長壓力在100Torr至500Torr之間，Ⅴ/Ⅲ摩爾比在300至5000之間；

⑼低溫發光多量子阱結構MQW生長結束后，將溫度升至800℃至1080℃之間，生長壓力50Torr至200Torr之間，Ⅴ/Ⅲ摩爾比1000至20000之間，生長厚度10nm?至200nm之間的p-Al_zGa_1-zN??0.1＜z＜0.5?電子阻擋層；該層禁帶寬度大于最后一個barrier的禁帶寬度，可控制在4eV與5.5eV之間；

⑽p-Al_zGa_1-zN??0.1＜z＜0.5電子阻擋層生長結束后，生長一層厚度在0.1μm至0.8μm之間的p型氮化鎵層，其生長溫度在850℃至1080℃之間，生長氣壓在100?Torr-300?Torr之間；

⑾p型氮化鎵層結束后，生長一層厚度在0.05-0.3μm的P型接觸層，其生長溫度在850℃至1050℃之間，生長壓力100Torr至300Torr之間，Ⅴ/Ⅲ摩爾比介于1000至20000之間；

外延生長結束后，將反應腔的溫度降至650至850℃之間，純氮氣氛圍中退火處理5至15分鐘，然后降至室溫，結束外延生長；然后對生長的外延片進行清洗、沉積、光刻和刻蝕等半導體加工工藝制成單顆小尺寸芯片。