[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: 201610132463.2
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105742416B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 盧太平;朱亞丹;趙廣洲;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;H01L33/22
• 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襯底表面清潔，反應腔內溫度為1060-1100℃，時間為5min-10min；

步驟二：將反應腔溫度降低到520-550℃，然后在清潔好的藍寶石襯底上生長低溫GaN成核層，成核層厚度為20-40nm，生長壓力為400-700Torr；

步驟三：將反應腔溫度升高到950-1000℃，并穩定2min，進行GaN成核層的高溫退火，此過程中通入NH₃氣體以防止GaN成核層完全分解，然后通入金屬有機源TMGa，在GaN成核層表面開始生長第一3D結構的GaN層，生長厚度為200-300nm，生長壓力為400-700Torr，第一3D結構的GaN層中包括小的GaN島和大的GaN島；

步驟四：將反應腔溫度升高到1030-1110℃，升溫過程中通入NH₃氣體以防止第一3D結構的GaN層分解，升溫結束后關閉NH₃氣體的通入，并只通入H₂氣體對第一3D結構的GaN層進行處理5-10min，在此過程中H₂氣體會對3D結構的GaN層進行刻蝕，第一3D結構的GaN層中小的GaN島會被刻蝕掉，大的GaN島則保留下來；

步驟五：將反應腔溫度降低到950-1000℃，通入NH₃氣體和金屬有機源TMGa，在H₂氣體處理后的3D結構的GaN層上繼續生長第二3D結構的GaN層500-1000nm，生長壓力為400-700Torr，得到擴大的3D結構GaN層；

步驟六：將反應腔溫度升高到1050-1200℃，在擴大的3D結構的GaN層上迅速生長未摻雜的GaN，使得3D島狀結構迅速愈合，并最終形成內部空洞比較均勻而表面平坦的鏤空結構的GaN粗糙層，生長厚度為1~2um，生長壓力為50-300Torr；

步驟七：生長非故意摻雜的GaN層，厚度為1~2um，生長溫度為1050-1200℃，生長壓力為 50-300Torr；

步驟八：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；

步驟九：生長 3-6個周期的多量子阱有源層，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；

步驟十：生長20-50nm厚的P型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；

步驟十一：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；

步驟十二：外延生長結束后，將反應腔的溫度降至 650-800℃， 在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；上述的小的GaN島和大的GaN島沒有明確的尺寸定義，只是在刻蝕過程中尺寸小的GaN島容易被刻蝕掉，因此被刻蝕掉的GaN島為小的GaN島，保留下來的GaN島為大GaN島。