[发明专利]一种GaN（绿光）量子阱结构的生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体行业LED外延工艺制程技术领域，具体为一种GaN（绿光）量子阱结构的生长方法。

背景技术

LED是英文Light Emitting Diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好，可以直接将电转换为光。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

GaN是极稳定的化合物和坚硬的高熔点材料，也是直接跃迁的宽带隙半导体材料，不仅具有良好的物理和化学性质，而且具有电子饱和速率高、热导率好、禁带宽度大、介电常数小和强的抗辐照能力等特点，可用来制备稳定性好、寿命长、耐腐蚀和耐高温的大功率器件，目前广泛应用于光电子、蓝绿光LED、高温大功率器件和高频微波器件等光电器件。

目前LED外延生产的工艺制程，最后封装后的亮度较低，尤其是绿光GaN。电子与空穴在量子阱最后两个阱处复合发光，电子在能级跃迁一直存在问题，导致大量电子无法跃迁。不能与空穴复合，从而出现发光效率不高，目前大致水平为60%-70%。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种GaN（绿光）量子阱结构的生长方法，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GaN（绿光）量子阱结构的生长方法，其GaN量子阱结构自下而上依次为衬底、低温氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、阶段式量子阱层、P型氮化镓层和P型接触层，所述生长方法包括如下步骤：在高纯氮气的条件下，净化衬底，然后依次在净化后的衬底上生长高温氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、阶段式量子阱层、P型铝镓氮层和P型接触层，其具体生长方法为：

（1）将衬底材料在氢气气氛里进行清洁处理，温度为1100-1180℃，压力为500-800r/min；

（2）高温缓冲层生长:生长一层解决晶格适配过大的缓冲层，即清洁处理结束后，将温度调节为950-1000℃，在Ⅴ/Ⅲ摩尔比为500-2800的条件下外延生长厚度为0.4-1.2um的高温不掺杂GaN，此生长过程中，生长压力为200-400Torr；

（3）N型层生长：生长一层掺杂浓度稳定的N型层，厚度为1.5-4.0um，生长温度为1040-1180℃，生长压力为350-450Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为550-3200；

（4）浅量子阱SW生长：由6-8个周期的InxGa1-XN(0.04<x<0.4)/GaN多量子阱组成，其中阱的厚度为2-5nm，生长温度为700-900℃，生长压力为150-600Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为350-43000，浅量子阱SW不会发光,主要为N-GaN电子提供电，容以及增加电流的分布,也成为N-GaN和MQW的缓冲层；

（5）阶段式量子阱层MQW生长：由12-15个周期的InyGa1-yN(x<y<1)/GaN多量子阱组成，A层阱的厚度为4-8nm，生长温度为840-920℃，生长压力为200-500Torr，TMIN流量为500-600sccm/min，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为1000-4300；垒层厚度为4-15nm，生长温度为720-820℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为600-4300，在B层阱的厚度为3-6nm，生长温度为780-840℃，生长压力为200-500Torr，TMIN流量为400-550sccm/min，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为800-3600；垒层厚度为4-15nm，生长温度为800-920℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为600-4300；在C层阱的厚度为2-5nm，生长温度为800-880℃，生长压力为200-500Torr，TMIN流量为300-400sccm/minⅤ/Ⅲ摩尔比为600-3000，垒层厚度为4-15nm，生长温度为820-920℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为600-4300；在D层阱的厚度为2-4nm，生长温度为860-920℃，生长压力为200-500Torr，TMIN流量为100-300sccm/minⅤ/Ⅲ摩尔比为400-2400，垒层厚度为4-15nm，生长温度为820-920℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为600-4300；