[發明專利]一種高亮度氮化鎵基發光二極管外延生長方法

有效

• 申請號: 201410001948.9
• 申請日: 2014-01-03
• 公開（公告）號: CN103700745A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 郭麗彬;李剛;吳禮清;蔣利民
• 申請（專利權）人: 合肥彩虹藍光科技有限公司
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種高亮度氮化鎵基發光二極管外延生長方法，其特征在于：其外延結構從下向上的順序依次為：襯底、低溫GaN緩沖層、GaN非摻雜層、N型GaN層、多量子阱結構MQW、多量子阱有源層、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫P型GaN層和P型接觸層，其發光二極管外延生長方法包括以下步驟：

步驟一，將襯底在1000-1200℃氫氣氣氛里進行高溫清潔處理5-20min，然后進行氮化處理；

步驟二，將溫度下降到500-650℃之間，生長厚度為20-30nm的低溫GaN緩沖層，生長壓力控制在300-760Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為10-1200；

步驟三，所述低溫GaN緩沖層生長結束后，停止通入三甲基鎵（TMGa），襯底溫度升高至900-1200℃之間，對所述低溫GaN緩沖層進行原位熱退火處理，退火時間在5-30min，退火之后，將溫度調節至1000-1200℃之間，外延生長厚度為0.5-2μm的GaN非摻雜層，生長壓力在100-500Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為150-2000；

步驟四，所述GaN非摻雜層生長結束后，生長一層摻雜濃度穩定的N型GaN層，厚度為1.2-4.2μm，生長溫度在1000-1200℃之間，壓力在100-600Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為100-2500；

步驟五，所述N型GaN層生長結束后，生長多量子阱結構MQW，所述多量子阱結構MQW由2-15個周期的InxGa1-xN/GaN?(0<x<0.4)多量子阱組成，1個周期的InxGa1-xN/GaN量子阱厚度在2-5nm之間，生長溫度為720-920℃，壓力在100-600Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為200-5000；

步驟六，所述多量子阱結構MQW生長結束后，生長多量子阱有源層，所述多量子阱有源層生長溫度在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由3-15個周期的InyGa1-yN(x<y<1)/GaN?多量子阱組成，所述發光層多量子阱的厚度在2-5nm之間；所述發光層多量子阱中In的摩爾組分含量是不變的，在10%-50%之間；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，所述多量子阱有源層生長結束后，生長厚度為10-100nm的低溫P型GaN層，生長溫度在620-820℃之間，生長時間為5-35min，壓力在100-500Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為300-4800；

步驟八，所述低溫P型GaN層生長結束后，生長厚度為10-50nm的P型AlGaN層，生長溫度在900-1100℃之間，生長時間為5-15min，壓力在50-500Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為5-800，P型AlGaN層中Al的摩爾組分含量控制在10%-30%之間；

步驟九，所述P型AlGaN層生長結束后，生長厚度為100-600nm的高溫PInxGa1-xN（0<x<40%）層（Hp-1），生長溫度在700-950℃之間，生長時間為3-15min，壓力在100-500Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為200-600之間，二茂鎂的摩爾流量為1.2×10^-4至8.76×10^-3摩爾每分鐘；?

步驟十，所述P型GaN層生長結束后，生長厚度為100-600nm的高溫PInxGa1-xN（0<x<40%）層?（Hp-2），生長溫度在700-950℃之間，生長時間為3-15min，壓力在100-500Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比在100-500之間，氨氣的流量為5至50升每分鐘，三甲基鎵的摩爾流量為1.16×10^-4至7.8×10^-3摩爾每分鐘，二茂鎂的摩爾流量為1.2×10^-4至8.76×10^-3摩爾每分鐘；

步驟十一，所述高溫P型GaN層生長結束后，生長厚度在5-20nm之間的P型接觸層，生長溫度在850-1050℃之間，生長時間為1-10min，壓力在100-500Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為1000-4000，氨氣的流量為10至40升每分鐘；

步驟十二，外延生長結束后，將反應室的溫度降至650-800℃之間，采用純氮氣氣氛進行退火處理2-15min，然后降至室溫；隨后，經過清洗、沉積、光刻和刻蝕后續加工工藝制成單顆小尺寸芯片。