[發明專利]一種有效改善氮化鎵基發光二極管的反向漏電的外延生長方法

有效

• 申請號: 201410090546.0
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103811605A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 林長軍
• 申請（專利權）人: 合肥彩虹藍光科技有限公司
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/14;H01L33/00
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技術領域

本發明涉及Ⅲ族氮化物材料制備技術領域，具體為一種有效改善氮化鎵基發光二極管的反向漏電的外延生長方法。

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。

以GaN及其合金為代表Ⅲ-Ⅴ族氮化物是被譽為第三代半導體材料的代表，因其能帶隙寬度為1.95eV(InN)～3.4eV(GaN)～6.2eV(AlN)連續可調,可用于制作從可見光到紫外波段的發光器件；因其高溫穩定性、高擊穿場強和高飽和遷移速率，也用于制作高溫使用下的大功率電子器件。因為實際應用前景和市場需求,Ⅲ-Ⅴ族氮化物越來越受到人們的注意，其相關技術也得到很大的進展，緩沖層技術的利用及工藝條件的優化,促使氮化物材料和器件迅速發展,GaN基藍綠色系發光二極管得以商品化，然而仍有許多與材料、器件密切相關的問題有待解決。例如如何降低因晶格失配和熱失配造成的位錯密度，如何維持長壽命室溫連續激射，而不漏電。

在實際工作中，反向漏電流（leakage?current）是影響LED使用壽命的重要因素，在綠光系發光LED中表現尤其明顯，為了降低反向漏電，改善LED的性能，必須深入理解和研究漏電機理，造成反向漏電的因素很多，除了LED芯片的制造工藝及封裝工藝的影響因素外，還有一個重要的漏電通道是GaN基中的位錯，這種生長中帶入的位錯，是后續工藝中不可彌補的，所以發明一種LED外延結構及制造方法來降低反向漏電已經迫在眉睫。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種有效改善氮化鎵基發光二極管的反向漏電的外延生長方法，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：一種有效改善氮化鎵基發光二極管的反向漏電的外延生長方法,其二極管的外延結構從下向上的順序依次包括：襯底、低溫GaN緩沖層、GaN非摻雜層、N型GaN層、N型AlGaN層、多量子阱結構SW層、非摻雜GaN層、發光層多量子阱結構MQW、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫P型GaN層、P型接觸層。其二極管的外延結構生長方法包括以下具體步驟：

(1)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；

(2)將溫度下降到500-650℃，生長厚度為20-30nm的低溫GaN緩沖層，生長壓力為300-760Torr，Ⅴ/Ⅲ比為500-3200；

(3)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℃，對所述低溫GaN緩沖層進行原位熱退火處理，退火時間為5-30min，退火之后，將溫度調節至1000-1200℃，外延生長厚度為0.5-2μm的GaN非摻雜層，生長壓力為100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ比為300-3000；

(4)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，生長溫度為1000-1200℃，生長壓力為100-600Torr，Ⅴ/Ⅲ比為300-3000；

(5)所述N型GaN層生長結束后，生長厚度為10-50nm的N型AlGaN層，生長溫度為900-1100℃，生長時間為5-15min，生長壓力為50-500Torr，Ⅴ/Ⅲ比為1000-20000，N型AlGaN層中Al的摩爾組分含量為10%-30%；

(6)所述N型AlGaN層生長結束后，生長多量子阱SW，所述多量子阱結構SW由2-15個周期的In_xGa_1-xN/GaN(0<x<0.2)多量子阱組成，1個周期的In_xGa_1-xN/GaN量子阱厚度為2-5nm，生長溫度為700-950℃，生長壓力為100-600Torr，Ⅴ/Ⅲ比為300-5000；

(7)所述生長多量子阱SW生長結束后，生長一層非摻雜的GaN層，生長厚度為2-50nm，生長溫度為700-950℃，生長壓力為100-600Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為300-5000；