[發明專利]一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法

無效

• 申請號: 201410090674.5
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103824912A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 唐軍
• 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;H01L33/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及氮化鎵基LED制備技術領域，具體為一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法。

背景技術

半導體發光二極管（light-emission?diodes,LED）因其具有體積小、能耗低、壽命長、環保耐用等優點，已在指示燈、顯示屏、背光源等領域得到很好的應用。目前藍、綠光LED主要使用GaN作為基體材料，由于GaN襯底的缺乏，目前GaN外延層主要利用藍寶石（Al₂O₃）作為外延襯底材料。但因GaN與藍寶石襯底之間存在較大的晶格失配（>11%）和較大的熱膨脹系數差異，導致在GaN外延層內存在高密度（～10⁸-10¹⁰cm^-2）位錯等晶格缺陷。透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)等研究[M.Shiojiri，atl,JOURNAL?OF?APPLIED?PHYSICS99,073505]表明，GaN外延層中的位錯會隨著外延生長穿透多量子阱區延伸到外延層的表面，形成穿透位錯。由于多量子阱區是由量子阱InGaN和量子壘GaN交替生長的，因InGaN與GaN層存在晶格失配，導致多量子阱區產生應力并不斷的積聚，部分位錯線在量子阱的生長過程中因進一步的應力作用而被發展放大，形成V型缺陷（密度～10⁸-10⁹cm^-2），并且V型缺陷一旦形成便會隨著外延層的生長繼續放大。這些大量存在的穿透位錯和V型缺陷成為了LED芯片的最主要漏電通道，空穴和電子會通過穿透位錯線和V型缺陷形成非輻射符合，降低器件內量子效率，惡化器件性能。研究[Y.Chen,atl,Applied?Physics?Letters72,710]表明，在GaN上外延AlGaN層，可以顯著抑制GaN外延層內的線性缺陷和V型缺陷密度，但是一般AlGaN層插入會增加器件的正向電壓。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種改善GaN基LED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：一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法,其LED外延結構從下向上的順序依次包括：藍寶石襯底、低溫成核層、高溫GaN緩沖層、高溫非摻雜GaN層、非摻雜AlGaN插入層、高溫非摻雜GaN層、高溫n型GaN層、n型摻雜AlGaN層、高溫n型GaN層、高溫低摻n型GaN層、低摻n型AlGaN插入層、淺量子阱結構SW、多量子阱發光層結構MQW、非摻AlGaN插入層、低溫p型GaN層、p型AlGaN層、高溫p型GaN層、p型GaN接觸層，其制備方法包括以下具體步驟：

（1）將藍寶石襯底在氫氣氣氛里進行退火，清潔所述襯底表面，溫度為1050-1150℃，然后進行氮化處理；

（2）將溫度下降到500-620℃，生長25-40nm厚的低溫GaN成核層，生長壓力為400-650Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩爾比為500-3000；

（3）所述低溫GaN成核層生長結束后，停止通入TMGa，進行原位退火處理，退火溫度升高至1000-1100℃，退火時間為5-10min；退火之后，將溫度調節至900-1050℃，外延生長厚度為0.2-1um間的高溫GaN緩沖層，生長壓力為400-650Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩爾比為500-3000；

（4）所屬高溫GaN緩沖層生長結束后，先生長一層非摻雜的u-GaN層，生長厚度在1-2.5um之間，生長過程溫度為1050-1200℃，生長壓力為100-600Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩爾比為300-3000；在u-GaN層結束后，生長一層非摻雜u-AlGaN層，生長厚度為100-500nm，生長過程溫度為1000-1100℃，生長壓力為50-300Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩爾比為20-200，Al組分濃度為20%-50%；在生長u-AlGaN層結束后，再生長一層高溫非摻u-GaN層，生長厚度為0.5-1.5um，其生長條件和生長u-GaN層相同；