[发明专利]一种提高LED发光效率的外延生长方法

摘要

本发明提供一种提高LED发光效率的外延生长方法，其外延结构从下向上的顺序依次为：衬底、低温GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型GaN层、多量子阱结构MQW、多量子阱有源层、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层和P型接触层，所述多量子阱有源层中的最后一个量子垒（LQB）其生长工艺中多量子阱有源层中的最后一个量子垒（LQB）为多层或多组分复合结构，多量子阱有源层中的最后一个量子垒（LQB）结构为AlxGa1‑xN/InyGa1‑yN(0<x<1,0<y<1)超晶格结构生长。本发明通过在外延结构有源区中的垒层，优选对MQW结构的最后一个垒层采用AlGaN/InGaN超晶格结构生长，可以获得较高的晶体质量，有效减少晶格失配产生的应力，有效减少电子泄露，提高电子与空穴的辐射复合效率，从而实现发光效率的提高。

主权项

一种提高LED发光效率的外延生长方法，其特征在于：其外延结构从下向上的顺序依次为：衬底、低温GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型GaN层、多量子阱结构MQW、多量子阱有源层、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层和P型接触层，其生长方法包括以下步骤：步骤一，将衬底在1000‑1200℃氢气气氛里进行高温清洁处理5‑20min，然后进行氮化处理；步骤二，将温度下降到500‑650℃之间，生长厚度为20‑30nm的低温GaN缓冲层，生长压力控制在300‑760Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为10‑1200；步骤三，所述低温GaN缓冲层生长结束后，停止通入三甲基镓(TMGa)，衬底温度升高至900‑1200℃之间，对所述低温GaN缓冲层进行原位热退火处理，退火时间在5‑30min，退火之后，将温度调节至1000‑1200℃之间，外延生长厚度为0.5‑2μm的GaN非掺杂层，生长压力在100‑500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为150‑2000；步骤四，所述GaN非掺杂层生长结束后，生长一层掺杂浓度稳定的N型GaN层4，厚度为1.2‑4.2μm，生长温度在1000‑1200℃之间，压力在100‑600Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为100‑2500；步骤五，所述N型GaN层生长结束后，生长多量子阱结构MQW，所述多量子阱结构MQW由2‑15个周期的InxGa1‑xN/GaN(0<x<0.4)多量子阱组成，1个周期的InxGa1‑xN/GaN量子阱厚度在2‑5nm之间，生长温度为720‑920℃，压力在100‑600Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为200‑5000；步骤六，所述多量子阱结构MQW生长结束后，生长多量子阱有源层，所述多量子阱有源层生长温度在720‑820℃之间，压力在100‑500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300‑5000之间，所述多量子阱有源层由3‑20个周期的InyGa1‑yN(x<y<1)/GaN多量子阱组成，所述多量子阱有源层的厚度在2‑5nm之间；所述多量子阱有源层中In的摩尔组分含量是不变的，在10％‑50％之间；最后一个量子垒(LQB)结构采用AlxGa1‑xN/InyGa1‑yN(0<x<1,0<y<1)超晶格结构生长，周期数为1‑20，每个周期的厚度为5‑30nm，生长温度在820‑920℃之间，压力在100‑500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在10‑5000之间；步骤七，所述多量子阱有源层生长结束后，生长厚度为10‑100nm的低温P型GaN层，生长温度在620‑820℃之间，生长时间为5‑35min，压力在100‑500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300‑4800；步骤八，所述低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为10‑50nm的P型AlGaN层，生长温度在900‑1100℃之间，生长时间为5‑15min，压力在50‑500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为5‑800，P型AlGaN层8中Al的摩尔组分含量控制在10％‑30％之间；步骤九，所述P型AlGaN层生长结束后，生长厚度为100‑800nm的高温P型GaN层，生长温度在850‑950℃之间，生长时间为5‑30min，压力在100‑500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300‑5000；步骤十，所述高温P型GaN层生长结束后，生长厚度在5‑20nm之间的P型接触层，生长温度在850‑1050℃之间，生长时间为1‑10min，压力在100‑500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为1000‑20000，氨气的流量为10至40升每分钟；步骤十一，外延生长结束后，将反应室的温度降至650‑800℃之间，采用纯氮气气氛进行退火处理2‑15min，然后降至室温；随后，经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后续加工工艺制成单颗小尺寸芯片。