[發明專利]具有In摻雜的低溫生長P型GaN外延方法

無效

• 申請號: 201210326787.1
• 申請日: 2012-09-06
• 公開（公告）號: CN102867892A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 郭麗彬
• 申請（專利權）人: 合肥彩虹藍光科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于氮化鎵系材料制備技術領域，具體涉及一種In摻雜條件下的低溫生長P型GaN外延方法。

背景技術

現有氮化鎵系發光二極管的外延生長方法中，由于鎂雜質的自補償效應比較明顯，通常摻鎂的氮化鎵基材料的空穴濃度不高，只有10¹⁷-10¹⁸cm-3；遷移率還不到10?cm²/v.s；摻雜效率低，摻雜效率只有0.1-1%；鎂的活化效率低；鎂向多量子阱有源區中擴散。上述現象均對發光二極管產生嚴重影響，不能很好滿足器件要求，即鎂被單獨作為P型摻雜劑時，難以獲得高質量、高空穴濃度的P型氮化鎵材料。

發明內容

針對現有技術制作的GaN基發光二極管中P型氮化鎵層晶體質量不好、摻雜效率低、空穴濃度不高以及鎂向多量子阱有源區擴散而導致量子阱發光效率減小的問題，本發明提供了一種In摻雜條件下的低溫生長P型GaN外延方法。利用本發明能夠獲得高質量、高空穴濃度的P型氮化鎵基材料，進而獲得高發光強度的氮化鎵系發光二極管。

本發明通過以下技術方案實現：

一種具有In摻雜的低溫生長P型GaN外延方法，包括以下具體步驟：

步驟一，將襯底1在氫氣氣氛里進行退火，清潔所述襯底1表面，溫度控制在1030-1200℃之間，然后進行氮化處理；

步驟二，將溫度下降到500-650℃之間，生長20-30?nm厚的低溫GaN緩沖層2，生長壓力控制在300-760?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在500-3200之間；

步驟三，所述低溫GaN緩沖層2生長結束后，停止通入TMGa，將襯底溫度升高至900-1200℃之間，對所述低溫GaN緩沖層2原位進行熱退火處理，退火時間在5-30min之間，退火之后，將溫度調節至1000-1200℃之間，外延生長厚度為0.5-2um間的高溫GaN緩沖層3，生長壓力在100-500?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在300-3000之間；

步驟四，所述高溫GaN緩沖層3生長結束后，生長一層摻雜濃度穩定的N型GaN層4，厚度在1.2-4.2um，生長溫度在1000-1200℃之間，壓力在100-600?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在300-3000之間；

步驟五，所述N型GaN層4生長結束后，生長淺量子阱5，生長溫度在700-900℃之間，生長壓力在100-600?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在300-5000之間，所述淺量子阱5由2-10個周期的In_xGa_1-XN(0.04<x<0.4)/GaN?多量子阱組成，所述淺量子阱5的厚度在2-5nm之間；

步驟六，所述淺量子阱5生長結束后，生長發光層多量子阱6，生長溫度在720-820℃之間，壓力在100-500?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在300-5000之間，所述發光層多量子阱6由3-15個周期的In_yGa_1-yN(x<y<1)/GaN?多量子阱組成，所述發光層多量子阱6的厚度在2-5nm之間；所述發光層多量子阱6中In的摩爾組分含量在10%-50%之間保持不變；壘層厚度不變，厚度在10-15nm之間，生長溫度在820-920℃之間，壓力在100-500?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在300-5000之間；

步驟七，所述發光層多量子阱6生長結束后，以N₂作為載氣生長厚度10-100nm之間的In摻雜p?型GaN層7，生長溫度在620-820℃之間，生長時間在5-35min之間，壓力在100-500?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在300-5000之間；

步驟八，所述p?型GaN層?7生長結束后，生長厚度10-50nm之間的p?型AlGaN層8，生長溫度在900-1100℃之間，生長時間在5-15min之間，壓力在50-500?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在1000-20000之間；

步驟九，所述p?型AlGaN層8生長結束后，生長厚度100-800nm之間的p?型GaN層9，生長溫度在850-950℃之間，生長時間在5-30min之間，壓力在100-500?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在300-5000之間；

步驟十，所述P型GaN層9生長結束后，生長厚度5-20nm之間的p接觸層10，生長溫度在850-1050℃之間，生長時間在1-10min之間，壓力在100-500?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在1000-20000之間；