[發(fā)明專利]一種具有循環(huán)結(jié)構(gòu)的P型插入層及生長方法

有效

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• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103872204B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖云飛
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥彩虹藍光科技有限公司
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及Ⅲ族氮化物材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種具有循環(huán)結(jié)構(gòu)的P型插入層及生長方法。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管（LED，Light?Emitting?Diode）是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，通過在器件兩端加載正向電壓，電子和空穴在有源區(qū)復(fù)合產(chǎn)生大量光子，電能轉(zhuǎn)化為光能。而氮化鎵基半導(dǎo)體是繼Si和GaAs之后的第三代半導(dǎo)體材料，近年來發(fā)展較為迅速。III族氮化物包括GaN、InN、AlN以及三元和四元固溶體都是直接帶隙寬禁帶材料，其禁帶寬度從InN的0.7eV到AlN的6.28eV。而InGaAlN成為帶隙跨越最寬的帶隙材料在藍綠光器件上獲得了大量的應(yīng)用。同時III族氮化物具有高帶隙、高電子飽和速度、高臨界擊穿電壓、小介電常數(shù)、高熱導(dǎo)以及抗輻照等優(yōu)點，高頻及大功率電子器件有著廣泛的應(yīng)用前景。

用于氮化鎵基LED外延生長的襯底主要有三種種，即藍寶石（Al₂O₃）襯底和碳化硅（SiC）襯底以及GaN同質(zhì)襯底，但因GaN同質(zhì)襯底熔點高和平衡蒸汽壓大，制備GaN單晶較困難，只是具有研究價值。SiC的價格昂貴，藍寶石襯底晶體與GaN同為六方晶系，且其帶隙寬（1.7eV），化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，且可用于高溫生長，因此大部分的LED企業(yè)采用藍寶石襯底。然而Al₂O₃與GaN的晶格失配大并且熱膨脹系數(shù)差異也較大，因此在外延生長過程中，往往引入了大量的晶格缺陷，如常見的螺旋位錯、V型位錯等。這些位錯往往會沿著晶格通過多量子阱區(qū)域延伸到外延片的表面，形成穿透位錯。實驗證明大量V型位錯的存在造成氮化鎵基LED的漏電和抗靜電等電性參數(shù)較差，限制了其進一步進入高端應(yīng)用市場。研究發(fā)現(xiàn)，在P型GaN層中插入P-AlGaN層,可以顯著減少外延片中PGaN的位錯密度，可以減弱Mg的自補償效應(yīng)以及抑制并減少非輻射復(fù)合中心的產(chǎn)生，提高空穴的注入效率。因此這種外延結(jié)構(gòu)已被廣泛使用。

目前P型GaN中間Al組分是恒定不變的，隨著Mg的增加，PGaN中空穴濃度單調(diào)上升，但在Mg的濃度在1.5*10-3時，空穴濃度達到最大。隨著Mg的繼續(xù)增加，Mg的自補償深能級空穴濃度反而下降，且材料劣化且產(chǎn)生裂紋。因此，PAlGaN結(jié)構(gòu)的設(shè)計對氮化鎵基LED的內(nèi)量子效率和發(fā)光效率有很重要的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種具有循環(huán)結(jié)構(gòu)的P型插入層及生長方法，以解決上述背景技術(shù)中的問題。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種具有循環(huán)結(jié)構(gòu)的P型插入層及生長方法,其外延結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)MQW、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫P型GaN層和P型接觸層，其生長方法包括以下具體步驟：

（1）將藍寶石襯底在1050-1150℃的氫氣氣氛里進行高溫清潔處理10-15min，然后進行氮化處理；

（2）降溫至500-600℃，生長厚度為25-40nm的低溫GaN緩沖層，生長壓力為500-800mbar，Ⅴ/Ⅲ比為200-800；

（3）低溫GaN緩沖層生長結(jié)束后，停止通入三甲基鎵（TMGa），襯底溫度升高至800-1050℃，對低溫GaN緩沖層進行原位熱退火處理，退火時間為5-15min，退火之后，將溫度調(diào)節(jié)至1000-1200℃，外延生長厚度為1-3μm的GaN非摻雜層，生長壓力為150-650mbar，Ⅴ/Ⅲ比為500-2500；

（4）GaN非摻雜層生長結(jié)束后，生長摻雜濃度穩(wěn)定的第一N型GaN層，厚度為0.3-1μm，生長溫度為1050-1150℃，生長壓力為150-650mbar，Ⅴ/Ⅲ比為500-2500；

（5）第一N型GaN層生長結(jié)束后，生長N型AlGaN插入層，生長溫度為1000-1100℃，生長時間為10-20min，生長壓力為100-600mbar，Ⅴ/Ⅲ比為50-500；

（6）N型AlGaN插入層生長結(jié)束后，生長摻雜濃度穩(wěn)定的第二N型GaN層，厚度為0.5-3μm，生長溫度為1050-1150℃，生長壓力為150-650mbar，Ⅴ/Ⅲ比為500-2500；