[發明專利]一種GaN（綠光）量子阱結構的生長方法

有效

• 申請號: 201410090733.9
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103811600A
• 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: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及半導體行業LED外延工藝制程技術領域，具體為一種GaN（綠光）量子阱結構的生長方法。

背景技術

LED是英文Light?Emitting?Diode（發光二極管）的縮寫，它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環氧樹脂密封，起到保護內部芯線的作用，所以LED的抗震性能好，可以直接將電轉換為光。當它處于正向工作狀態時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。

GaN是極穩定的化合物和堅硬的高熔點材料，也是直接躍遷的寬帶隙半導體材料，不僅具有良好的物理和化學性質，而且具有電子飽和速率高、熱導率好、禁帶寬度大、介電常數小和強的抗輻照能力等特點，可用來制備穩定性好、壽命長、耐腐蝕和耐高溫的大功率器件，目前廣泛應用于光電子、藍綠光LED、高溫大功率器件和高頻微波器件等光電器件。

目前LED外延生產的工藝制程，最后封裝后的亮度較低，尤其是綠光GaN。電子與空穴在量子阱最后兩個阱處復合發光，電子在能級躍遷一直存在問題，導致大量電子無法躍遷。不能與空穴復合，從而出現發光效率不高，目前大致水平為60%-70%。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種GaN（綠光）量子阱結構的生長方法，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GaN（綠光）量子阱結構的生長方法，其GaN量子阱結構自下而上依次為襯底、低溫氮化鎵緩沖層、N型氮化鎵層、階段式量子阱層、P型氮化鎵層和P型接觸層，所述生長方法包括如下步驟：在高純氮氣的條件下，凈化襯底，然后依次在凈化后的襯底上生長高溫氮化鎵緩沖層、N型氮化鎵層、階段式量子阱層、P型鋁鎵氮層和P型接觸層，其具體生長方法為：

（1）將襯底材料在氫氣氣氛里進行清潔處理，溫度為1100-1180℃，壓力為500-800r/min；

（2）高溫緩沖層生長:生長一層解決晶格適配過大的緩沖層，即清潔處理結束后，將溫度調節為950-1000℃，在Ⅴ/Ⅲ摩爾比為500-2800的條件下外延生長厚度為0.4-1.2um的高溫不摻雜GaN，此生長過程中，生長壓力為200-400Torr；

（3）N型層生長：生長一層摻雜濃度穩定的N型層，厚度為1.5-4.0um，生長溫度為1040-1180℃，生長壓力為350-450Torr，Ⅴ/Ⅲ摩爾比為550-3200；

（4）淺量子阱SW生長：由6-8個周期的InxGa1-XN(0.04<x<0.4)/GaN多量子阱組成，其中阱的厚度為2-5nm，生長溫度為700-900℃，生長壓力為150-600Torr，Ⅴ/Ⅲ摩爾比為350-43000，淺量子阱SW不會發光,主要為N-GaN電子提供電，容以及增加電流的分布,也成為N-GaN和MQW的緩沖層；

（5）階段式量子阱層MQW生長：由12-15個周期的InyGa1-yN(x<y<1)/GaN多量子阱組成，A層阱的厚度為4-8nm，生長溫度為840-920℃，生長壓力為200-500Torr，TMIN流量為500-600sccm/min，Ⅴ/Ⅲ摩爾比為1000-4300；壘層厚度為4-15nm，生長溫度為720-820℃，生長壓力為100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩爾比為600-4300，在B層阱的厚度為3-6nm，生長溫度為780-840℃，生長壓力為200-500Torr，TMIN流量為400-550sccm/min，Ⅴ/Ⅲ摩爾比為800-3600；壘層厚度為4-15nm，生長溫度為800-920℃，生長壓力為100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩爾比為600-4300；在C層阱的厚度為2-5nm，生長溫度為800-880℃，生長壓力為200-500Torr，TMIN流量為300-400sccm/minⅤ/Ⅲ摩爾比為600-3000，壘層厚度為4-15nm，生長溫度為820-920℃，生長壓力為100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩爾比為600-4300；在D層阱的厚度為2-4nm，生長溫度為860-920℃，生長壓力為200-500Torr，TMIN流量為100-300sccm/minⅤ/Ⅲ摩爾比為400-2400，壘層厚度為4-15nm，生長溫度為820-920℃，生長壓力為100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩爾比為600-4300；