[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

摘要

本发明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,其二极管的外延结构包括：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、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多量子SW阱与发光层多量子阱结构MQW之间生长一层低Si掺杂的GaN与非掺杂的GaN的循环结构。本发明通过在发光层多量子阱结构MQW与多量子阱SW之间插入非掺杂GaN层，生长一层非掺杂GaN层，能够避免穿透型位错的出现，抑制漏电通道的形成，从而改善氮化镓基LED的反向漏电；另外，非掺杂GaN层，可以改善电流的横向扩展，从而提高氮化镓基LED的内量子效率和发光效率。

主权项

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，其特征在于：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；（8）所述非掺杂的GaN层生长结束后，生长发光层多量子阱结构MQW，所述发光层多量子阱结构MQW8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In_yGa_1‑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In_yGa_1‑yN势阱层的生长温度为700‑800℃，生长压力为100‑500Torr，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；（9）所述发光层多量子阱结构MQW生长结束后，生长厚度为10‑100nm的低温P型GaN层，生长温度为620‑820℃，生长时间为5‑25min，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为300‑5000；（10）所述低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为10‑50nm的P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，P型AlGaN层中Al的摩尔组分含量为10%‑30%；（11）所述P型AlGaN层生长结束后，生长厚度为100‑800nm的高温P型GaN层，生长温度为850‑950℃，生长时间为5‑30min，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为300‑5000；（12）所述高温P型GaN层生长结束后，生长厚度为5‑20nm的P型接触层，生长温度为850‑1050℃，生长时间为1‑10min，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1000‑20000；（13）外延生长结束后，将反应室的温度降至650‑800℃，采用纯氮气气氛进行退火处理2‑15min，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小尺寸芯片。