[发明专利]一种提高Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体LED芯片抗静电能力的外延生长方法

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，具体为一种提高Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体LED芯片抗静电能力的外延生长方法。

背景技术

LED是英文Light Emitting Diode（发光二极管）的缩写，其核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。

目前生产LED所用的衬底80%使用蓝宝石（Al₂O₃）衬底，然而Al₂O₃与GaN的晶格失配大并且热膨胀系数差异也相对较大，因此在外延生长过程中，在引入了大量的晶格缺陷的同时也产生了应力。这些位错往往会沿着晶格通过多量子阱区域延伸到外延片的表面，形成穿透位错，而大量位错的存在使得器件的晶体质量变差，局部电流容易过大而造成器件的失效；而应力如果在量子阱有源区之前释放不掉，则InGaN阱层受到的压应力增大使得量子限制斯塔克效应更加明显；逐渐累积实验证明大量的位错以及应力的存在限制了其进一步进入高端应用市场。

因此，在生长量子阱有源区之前，有必要供一种结构，使器件的位错减少、电流扩展变好和应力得以释放，提高LED的应用范围。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种提高Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体LED芯片抗静电能力的外延生长方法，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：一种提高Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体LED芯片抗静电能力的外延生长方法,其LED外延结构，从下向上的顺序依次包括：衬底、GaN缓冲层层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、n型AlGaN/GaN复合插入层、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，其生长方法具体包括以下步骤：

（1）将蓝宝石（Al₂O₃）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）蓝宝石（Al₂O₃）衬底高温处理完成后，将温度下降到500-650℃，生长厚度为20-40nm的GaN缓冲层，生长压力为400-600Torr，Ⅴ/Ⅲ比为50-500；

（3）GaN缓冲层生长结束后，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）所述GaN非掺杂层生长结束后，生长一层Si掺杂浓度稳定的n型掺杂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型掺杂GaN层生长结束后，生长n型AlGaN/GaN复合插入层，具体包括以下步骤：[1]生长一层Al组分逐渐升高n型掺杂AlGaN层，生长温度900-1100℃，反应室压力100-400Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500-3000；[2]Al组分逐渐升高n型掺杂AlGaN层结束后，生长Al组分不变的n型掺杂AlGaN层，其生长条件与Al组分逐渐升高n型掺杂AlGaN层相同；[3]Al组分不变的n型掺杂AlGaN层生长结束后，生长一层Al组分逐渐降低的n型掺杂AlGaN层，生长条件与Al组分逐渐升高n型掺杂AlGaN层相同；[4]Al组分逐渐降低的n型掺杂AlGaN层生长结束后，停止通入n型掺杂剂（SiH₄）和三甲基铝（TMAl），温度生高至1000-1200℃后生长GaN层，Ⅴ/Ⅲ比为200-2000，其他生长条件与Al组分逐渐升高n型掺杂AlGaN层相同；

（6）所述n型AlGaN/GaN复合插入层生长结束后，生长浅阱层，所述浅阱包括5-20个依次交叠的量子阱结构，所述量子阱结构由In_xGa_1-xN(0<x<0.1)势阱层和GaN势垒层依次生长而成,所述In_xGa_1-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；