[發明專利]一種高發光效率氮化鎵基LED外延片的制備方法

有效

• 申請號: 201610132461.3
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105552182B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 盧太平;朱亞丹;許并社
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L21/02;C30B29/40;C30B25/02;C30B33/02
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙)14100
• 代理人: 朱源

1.一種氮化鎵基LED外延片的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：將藍寶石襯底在反應腔氫氣氛圍中進行高溫清潔襯底表面，溫度為1060-1100℃，時間為5min-10min；

步驟二：將反應腔溫度降低到520-550℃，然后在處理好的藍寶石襯底上生長低溫GaN成核層，成核層厚度為20-40nm；

步驟三：對低溫GaN成核層進行退火，將反應腔溫度升高到950-1050℃，并穩定2min，此過程中通入NH₃氣體，經過退火處理的GaN成核層由非晶層轉變為GaN 3D島狀結構；

步驟四：通入金屬有機源TMGa和NH₃氣體，在GaN 3D島狀結構上生長非故意摻雜的GaN 層，生長厚度為2~4um；

步驟五：將反應腔溫度控制在1050-1100℃，關閉NH₃氣體和金屬有機源TMGa，通入N₂氣體和H₂氣體，在反應腔壓力為100-300Torr時用H₂刻蝕15-30min，再在壓力為500-700Torr時用H₂刻蝕10-20min，刻蝕過程中H₂流量為0.5-1.5slm，N₂流量為1.5-3.5slm，得到鏤空GaN結構；

步驟六：通入NH₃氣體和金屬有機源TMGa，關閉H₂氣體，在H₂處理后的鏤空GaN結構上生長平坦化GaN層，厚度為1~2um，生長溫度為1050-1200℃，生長壓力為 50-300Torr；

步驟七：生長Si摻雜的GaN層，該層載流子濃度為 10¹⁸-10¹⁹cm^-3，厚度為1-3um，生長溫度為1050-1200℃，生長壓力為 50-300Torr；

步驟八：生長 3-6個周期的多量子阱結構，其中壘層為GaN， 阱層為 InGaN，In 組分以質量分數計為 10-30％，阱層厚度為 2-5nm，生長溫度為 700-800℃，壘層厚度為 8-13nm，生長溫度為 800-950℃，生長過程中壓力為200-500Torr；

步驟九：生長20-50nm厚的p-AlGaN電子阻擋層，該層中Al組分以質量分數計為 10-20％，空穴濃度為 10¹⁷-10¹⁸cm^-3，生長溫度為 850℃-1000℃，壓力為50-300Torr；

步驟十：生長Mg摻雜的GaN層，厚度為100-300nm，生長溫度為850-1000℃，生長壓力為100-500Torr，空穴濃度為10¹⁷-10¹⁸cm^-3；

步驟十一：外延生長結束后，將反應室的溫度降至 650-800℃， 在純氮氣氛圍中進行退火處理5-15min，然后降至室溫，結束生長，得到外延片。