[发明专利]一种具有循环结构的P型插入层及生长方法

摘要

本发明提供一种具有循环结构的P型插入层及生长方法,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、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具体步骤：其生长PAlGaN/PinGaN循环结构层，所述结构包括3‑10个PGaN和PInGaN交叠生长的结构，其生长分为两步：先生长Al组分逐渐升高PAlGaN层；Al组分逐渐升高PAlGaN层生长结束后，生长PInGaN层，而后连续生长6个PAlGaN层/PInGaN层的循环。本发明可以降低PGaN的位错密度，提高晶体质量；另外，本发明抑制了非辐射负荷中心的产生，提高的空穴的注入效率，进而提高氮化镓基LED的发光效率；第三，减少了Mg原子向有源区扩散，进而提高了内量子效率。

主权项

一种具有循环结构的P型插入层的LED的生长方法,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、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层和P型接触层，其特征在于：其生长方法包括以下具体步骤：(1)将蓝宝石衬底在1050‑1150℃的氢气气氛里进行高温清洁处理10‑15min，然后进行氮化处理；(2)降温至500‑600℃，生长厚度为25‑40nm的低温GaN缓冲层，生长压力为500‑800mbar，Ⅴ/Ⅲ比为200‑800；(3)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800‑1050℃，对低温GaN缓冲层进行原位热退火处理，退火时间为5‑15min，退火之后，将温度调节至1000‑1200℃，外延生长厚度为1‑3μm的GaN非掺杂层，生长压力为150‑650mbar，Ⅴ/Ⅲ比为500‑2500；(4)GaN非掺杂层生长结束后，生长掺杂浓度稳定的第一N型GaN层，厚度为0.3‑1μm，生长温度为1050‑1150℃，生长压力为150‑650mbar，Ⅴ/Ⅲ比为500‑2500；(5)第一N型GaN层生长结束后，生长N型AlGaN插入层，生长温度为1000‑1100℃，生长时间为10‑20min，生长压力为100‑600mbar，Ⅴ/Ⅲ比为50‑500；(6)N型AlGaN插入层生长结束后，生长掺杂浓度稳定的第二N型GaN层，厚度为0.5‑3μm，生长温度为1050‑1150℃，生长压力为150‑650mbar，Ⅴ/Ⅲ比为500‑2500；(7)第二N型GaN层生长结束后，生长多量子阱层，所述多量子阱层包括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<1)势阱层和Si掺杂的GaN势垒层依次生长而成，所述InxGa1‑xN势阱层的生长温度为700‑800℃，生长压力为150‑650mbar，Ⅴ/Ⅲ比为1000‑20000，厚度为1‑4nm；所述Si掺杂GaN势垒层的生长温度为850‑950℃，生长压力为150‑650mbar，Ⅴ/Ⅲ比为1000‑20000，厚度为5‑20nm；(8)多量子阱层生长结束后，生长厚度为30‑150nm的低温P型GaN层，生长温度为600‑800℃，生长时间为4‑20min，生长压力为150‑650mbar，Ⅴ/Ⅲ比为200‑4000；(9)低温P型GaN层生长结束后，生长P型AlGaN/P型InGaN循环结构层，所述结构包括3‑10个P型AlGaN和P型InGaN交叠生长的结构，其生长分为两步：[1]先生长Al组分逐渐升高P型AlGaN层，Al组分从0‑20％变化生长，时间为1‑3min，生长温度为850‑1000℃,生长压力为100‑600mbar，Ⅴ/Ⅲ比为50‑500；[2]Al组分逐渐升高P型AlGaN层生长结束后，停止通入三甲基铝(TMAl)，生长温度降至820‑970℃，其他条件不变的情况下通入三甲基铟(TMIn)，In组分不变，生长P型InGaN层，而后连续生长余下的P型AlGaN层/P型InGaN层的循环，上述结构中Ga组分及Mg组分不变；(10)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850‑1000℃，生长时间为10‑30min，生长压力为150‑650mbar，Ⅴ/Ⅲ比为200‑4000；(11)高温P型GaN层生长结束后，生长厚度为5‑10nm的P型接触层，生长温度为650‑900℃，生长时间为1‑5min，生长压力为150‑650mbar，Ⅴ/Ⅲ比为1000‑20000；(12)外延生长结束后，将反应室的温度降至600‑900℃，采用纯氮气气氛进行退火处理5‑20min，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蓝绿小尺寸芯片。