[发明专利]一种有效改善氮化镓基发光二极管的反向漏电的外延生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及Ⅲ族氮化物材料制备技术领域，具体为一种有效改善氮化镓基发光二极管的反向漏电的外延生长方法。

背景技术

发光二极管（LED，Light Emitting Diode）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。

以GaN及其合金为代表Ⅲ-Ⅴ族氮化物是被誉为第三代半导体材料的代表，因其能带隙宽度为1.95eV(InN)～3.4eV(GaN)～6.2eV(AlN)连续可调,可用于制作从可见光到紫外波段的发光器件；因其高温稳定性、高击穿场强和高饱和迁移速率，也用于制作高温使用下的大功率电子器件。因为实际应用前景和市场需求,Ⅲ-Ⅴ族氮化物越来越受到人们的注意，其相关技术也得到很大的进展，缓冲层技术的利用及工艺条件的优化,促使氮化物材料和器件迅速发展,GaN基蓝绿色系发光二极管得以商品化，然而仍有许多与材料、器件密切相关的问题有待解决。例如如何降低因晶格失配和热失配造成的位错密度，如何维持长寿命室温连续激射，而不漏电。

在实际工作中，反向漏电流（leakage current）是影响LED使用寿命的重要因素，在绿光系发光LED中表现尤其明显，为了降低反向漏电，改善LED的性能，必须深入理解和研究漏电机理，造成反向漏电的因素很多，除了LED芯片的制造工艺及封装工艺的影响因素外，还有一个重要的漏电通道是GaN基中的位错，这种生长中带入的位错，是后续工艺中不可弥补的，所以发明一种LED外延结构及制造方法来降低反向漏电已经迫在眉睫。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种有效改善氮化镓基发光二极管的反向漏电的外延生长方法，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种有效改善氮化镓基发光二极管的反向漏电的外延生长方法,其二极管的外延结构从下向上的顺序依次包括：衬底、低温GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型GaN层、N型AlGaN层、多量子阱结构SW层、非掺杂GaN层、发光层多量子阱结构MQW、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层、P型接触层。其二极管的外延结构生长方法包括以下具体步骤：

(1)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；

(2)将温度下降到500-650℃，生长厚度为20-30nm的低温GaN缓冲层，生长压力为300-760Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500-3200；

(3)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℃，对所述低温GaN缓冲层进行原位热退火处理，退火时间为5-30min，退火之后，将温度调节至1000-1200℃，外延生长厚度为0.5-2μm的GaN非掺杂层，生长压力为100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为300-3000；

(4)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，厚度为1.2-4.2μm，生长温度为1000-1200℃，生长压力为100-600Torr，Ⅴ/Ⅲ比为300-3000；

(5)所述N型GaN层生长结束后，生长厚度为10-50nm的N型AlGaN层，生长温度为900-1100℃，生长时间为5-15min，生长压力为50-500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1000-20000，N型AlGaN层中Al的摩尔组分含量为10%-30%；

(6)所述N型AlGaN层生长结束后，生长多量子阱SW，所述多量子阱结构SW由2-15个周期的In_xGa_1-xN/GaN(0<x<0.2)多量子阱组成，1个周期的In_xGa_1-xN/GaN量子阱厚度为2-5nm，生长温度为700-950℃，生长压力为100-600Torr，Ⅴ/Ⅲ比为300-5000；

(7)所述生长多量子阱SW生长结束后，生长一层非掺杂的GaN层，生长厚度为2-50nm，生长温度为700-950℃，生长压力为100-600Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300-5000；