[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

技術領域

本發明涉及半導體照明技術領域，具體為一種高亮度氮化鎵基發光二極管外延生長方法。

背景技術

發光二極管（LED，Light?Emitting?Diode）是一種半導體固體發光器件，其利用半導體PN結作為發光材料，可以直接將電轉換為光。LED是目前半導體照明領域應用最為廣泛的器件，其高效、節能、環保和壽命長、?低功耗等優點，使其在動態顯示、工業照明領域有非常好的應用前景。?

LED發光效率是衡量LED器件好壞至關重要的指標之一，而提高LED器件的提取效率已經成為提高發光效率的主要因素。伴隨著外延生長技術的不斷提高，氮化鎵基LED的發光效率得到了明顯的改善。為了實現高亮度LED器件，需要進一步提高LED的發光效率和器件性能。

在外延層結構中，采用摻雜Mg的PGaN材料作為P型材料，通常PGaN的生長溫度要比有源區生長溫度高200-400℃，而后面生長PGaN的高溫環境對有源層InGaN的破壞較大，使得InGaN相分凝過度，富銦和貧銦區體積增大，輻射復合數量和量子限制效應都減小，導致發光強度大幅下降。

通過在外延結構生長過程中采用優化的非均勻摻雜Mg生長高溫PGaN層，該種摻雜生長方法具有載流子濃度高、補償效應少，可以有效抑制P-GaN位錯的形成，提高晶體質量，提高器件的使用壽命。該種優化的Mg非均勻摻雜生長高溫PGaN層，包含In元素摻雜，Mg在InGaN材料中的電離能比在GaN中低，說明在InGaN中，相同的Mg摻雜濃度可以獲得較高的空穴濃度，提高輻射發光效率，從而可以獲得高亮度發光二極管。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種高亮度氮化鎵基發光二極管外延生長方法，通過在高溫P層氮化鎵中，?Mg摻雜采用非均勻生長，同時在Mg非均勻摻雜生長過程中包含In元素摻雜，該種優化的低In組分條件下的非均勻Mg摻雜的生長方法，可以減少補償效應，提高載流子濃度，能有效抑制P-GaN位錯的形成，提高晶體質量，提高器件的使用壽命，以解決上述背景技術中的問題。

本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現：一種高亮度氮化鎵基發光二極管外延生長方法，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；