[發(fā)明專利]間斷式退火同溫生長多量子阱LED外延結構及制作方法

有效

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• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN104319321A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設計）人: 南琦;王懷兵;王輝;吳岳;傅華
• 申請（專利權）人: 蘇州新納晶光電有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/14;H01L33/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陸明耀;陳忠輝

技術領域

本發(fā)明屬于LED外延技術生長領域，尤其涉及一種多次間斷式退火重結晶生長多量子阱LED外延結構及制作方法。

背景技術

LED目前已經進入商業(yè)化生產階段，如何在獲得高質量外延片的前提下，進一步縮短外延片的生長時間以提高產能已經成為業(yè)界的一個重點。

目前均采用MOCVD?進行外延片的商業(yè)化生產，但由于InGaN?量子阱和GaN?量子壘生長的溫度氣氛存在差別，InGaN?量子阱層在高溫環(huán)境及H₂生長氛圍下In易析出及解離，不能有效形成器件及量子阱層，而GaN量子壘層則需在高溫下生長，才能獲得較高的晶體質量。所以為能同時得到高質量的InGaN阱材料和GaN壘材料，需要采用不同的溫度生長多量子阱。

現在的生長工藝中，一般使用溫差環(huán)境生長LED多量子阱，即在不同的溫度下生長阱和壘，如專利201210124792.4，在750-900℃范圍內生長InGaN阱，在800-1000℃的溫度范圍內生長GaN壘。這種生長機制本身即是個矛盾的壘晶過程。但為了達到市場的波長需求，需要相對的低溫生長量子阱層，為了達到較高內量子效率，較好束縛電子空穴對在量子阱中輻射復合發(fā)光，又需要在高溫下生長量子壘層，故在生長InGaN/GaN?多量子阱過程中需要不斷的切換阱和壘生長所需的溫度，但溫度越高對于InGaN量子阱層的破壞就越嚴重。這個矛盾是制約現在GaN基LED外延技術發(fā)展的主要瓶頸之一，同時，在這種生長模式下，由于需要不停的切換高低生長溫度，需要大量的溫度Ramp，導致現有LED產業(yè)的外延產能整體偏低；考慮到在MOCVD?外延生長LED?整個外延工藝中，MQW生長時間占據了總外延片生長時間的一半，所以如何縮短MQW生長時間又能得到高質量的壘材料，成為提高GaN?基LED外延片生產效率的一個主要因素。

在目前的工藝條件下同溫生長多量子阱，又無法滿足結構設計對于高質量量子壘的需求，形成的量子壘位錯密度大，無法有效形成電子空穴對有效勢壘，影響發(fā)光效率。

發(fā)明內容

鑒于上述現有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種間斷式退火同溫生長多量子阱LED外延結構及制作方法。

本發(fā)明的目的，將通過以下技術方案得以實現：

一種間斷式退火同溫生長多量子阱LED外延結構的制作方法，包括如下步驟：

S1，準備一襯底，在氫氣氣氛下高溫處理襯底；

S2，在處理好的襯底表面依次生長緩沖層、n-GaN層；

S3，在n-GaN層上周期性生長MQW有源層；

S4，在MQW有源層上依次生長p-GaN及P型接觸層；

所述S3中MQW有源層由至少兩個多量子阱層組成，每個所述多量子阱層由InGaN量子阱層、GaN保護層及GaN量子壘層構成，且每個多量子阱中的各層均在同溫下生長。

優(yōu)選地，所述MQW有源層的生長包括如下步驟：

S31，在氣氛為氮氣環(huán)境下，生長厚度為1-5nm的第一InGaN量子阱層，所述氮氣的流量為20-70L；

S32，在生長完的第一InGaN量子阱層上，繼續(xù)生長厚度為1-3nm的第一GaN保護層，以用于保護InGaN量子阱層中In組分在隨后的氫氣生長氛圍中發(fā)生解離；

S33，切換氣氛，采用間斷式退火生長厚度為5-25nm的?GaN量子壘層；

以上各層的生長條件相同，包括溫度與壓力，均為，溫度750～900℃，壓力50?～?1000mbar。

優(yōu)選地，所述S33中的GaN量子壘層包括至少兩層相互間隔設置的GaN量子壘薄層與量子壘退火層。

優(yōu)選地，所述S33中GaN量子壘層的生長采用間隔式退火生長，包括如下步驟：

S331，通入MO源，生長厚度為1-3nm的GaN量子壘薄層，所述載氣為氮氣或氮氣與氫氣混合氣；

S332，生長完畢后停止通MO源，切換氣體氛圍為氫氣，其余生長條件不變，保持10-60S的間隔，使上一步驟生長的GaN量子壘薄層在氫氣氛圍下進行退火處理，形成量子壘退火層；退火溫度也保持一致，該溫度下為GaN?退火，進行有效晶格重鑄的最佳溫度，所述退火處理的時間即是停止通MO源的時間。