[发明专利]一种提高氮化镓晶体质量的复合成核层的生长方法

摘要

本发明提供一种提高氮化镓晶体质量的复合成核层的生长方法,其生长方法包括以下步骤：衬底在高温的氢气环境下处理完成后，AlGaN层生长结束后，停止通入三甲基铝（TMAl），在其他生长条件不变的情况下生长一层非掺杂GaN层，非掺杂GaN层生长结束后，停止通入TMGa，PN2环境下退火，生长一层掺杂In的GaN层，InGaN层结束后，停止通入TMIn，生长一层Al组分逐渐降低的AlGaN层，Al组分逐渐降低的AlGaN层结束后，停止通入所有MO源，再在PN2环境下退火；本发明通过在蓝宝石衬底上生复合成核层以及插入适当的高温退火步骤，可以减少氮化镓与蓝宝石衬底之间形成的高密度的位错，进而降低了穿透位错对量子阱有源区的破坏，从而提高了氮化镓基LED的内量子效率和发光效率。

主权项

一种提高氮化镓晶体质量的复合成核层的生长方法,其复合成核层外延结构从下向上的顺序依次包括：衬底、低温复合成核层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、多量子阱有源层、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层、P型接触层，其特征在于：其生长方法具体包括以下步骤：（1）将衬底在1100‑1200℃氢气气氛里进行高温清洁处理5‑20min，然后进行氮化处理；（2）衬底在高温的氢气环境下处理完成后，降温生长AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN复合成核层，所述的复合成核层生长分为六步：[1]将温度下降到500‑650℃，生长厚度为3‑8nm，Al组分逐渐升高的AlGaN层，Al组分增加至30%，生长压力为400‑600Torr，Ⅴ/Ⅲ比为200‑2500；[2]Al组分逐渐升高的AlGaN层生长结束后，停止通入三甲基铝（TMAl），在其他生长条件不变的情况下生长一层非掺杂GaN层，厚度为3‑8nm；[3]非掺杂GaN层生长结束后，停止通入TMGa，PN2环境下退火，退火温度为800‑1000℃，退火时间为3‑6min；[4]PN2环境下退火结束后，生长一层掺杂In的GaN层，生长温度为600‑800℃，生长压力为400‑600Torr，Ⅴ/Ⅲ比为200‑3000；[5]InGaN层结束后，停止通入TMIn，生长温度降至500‑650℃，生长一层Al组分逐渐降低的AlGaN层，Al组分由30%逐渐降至0，生长压力为400‑600Torr，Ⅴ/Ⅲ比为200‑2500；[6]Al组分逐渐降低的AlGaN层结束后，停止通入所有MO源，再在PN2环境下退火，退火温度为900‑1100℃，退火时间为3‑8min；（3）低温复合成核层最后一步退火结束后，将温度调节至1000‑1200℃，生长一层外延生长厚度为1‑2μm的GaN非掺杂层，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为300‑3500；（4）GaN非掺杂层生长结束后，生长一层Si掺杂浓度稳定的N型GaN层，厚度为2‑4μm，生长温度为950‑1150℃，生长压力为300‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为300‑2500；（5）N型GaN层生长结束后，生长浅阱层，浅阱包括5‑20个依次交叠的量子阱结构，所述量子阱结构由InxGa1‑xN(0<x<0.1)势阱层和GaN势垒层依次生长而成，所述InxGa1‑xN势阱层的生长温度为750‑850℃，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500‑10000，厚度为1‑3nm；所述GaN势垒层的生长温度为850‑950℃，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500‑10000，厚度为10‑30nm；（6）浅阱层生长结束后，生长多量子阱有源层，所述多量子阱有源层包括6‑15个阱垒依次交叠的量子阱结构，所述量子阱结构由InyGa1‑yN(0.2<x<0.5)势阱层和n型掺杂GaN势垒层依次生长而成。所述InyGa1‑yN势阱层的生长温度为700‑800℃，生长压力为100‑500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为2000‑20000，厚度为2‑5nm；所述GaN势垒层的生长温度为850‑950℃，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为2000‑20000，厚度为5‑15nm；（7）所述多量子阱有源层生长结束后，生长厚度为50‑150nm的低温P型GaN层，生长温度在650‑800℃之间，生长时间为3‑20min，压力在100‑500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为500‑3500；（8）所述低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为50‑150nm的P型AlGaN层，生长温度为900‑1000℃之间，生长时间为2‑10min，生长压力为50‑300Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500‑10000，P型AlGaN层中Al的摩尔组分含量为5%‑20%；（9）所述P型AlGaN层生长结束后，生长厚度为50‑300nm的高温P型GaN层，生长温度为900‑1000℃，生长时间为10‑25min，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500‑3500；（10）所述高温P型GaN层生长结束后，生长厚度在5‑10nm之间的P型接触层，生长温度为650‑850℃之间，生长时间为0.5‑5min，压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为10000‑20000；（11）外延生长结束后，将反应室的温度降至600‑900℃之间，在PN2气氛进行退火处理10‑30min，而后逐渐降至室温，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。