[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

摘要

本发明提供一种提高Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体LED芯片抗静电能力的外延生长方法,其LED外延结构包括：GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、n型AlGaN/GaN复合插入层、高温P型GaN层、P型接触层，其n型AlGaN/GaN复合插入层，具体包括以下步骤：生长一层Al组分逐渐升高n型掺杂AlGaN层；生长Al组分不变的n型掺杂AlGaN层；生长一层Al组分逐渐降低的n型掺杂AlGaN层，温度生高至1000-1200℃后生长GaN层，本发明通过在N型GaN层与浅阱层之间插入Al组分变化的n型AlGaN和GaN复合结构层，有效的避免了区域性电流过大造成的器件的击穿，从而提高了器件抗静电的能力；降低器件本身的压电场效应；提高了载流子的注入效率，进而提高氮化镓基LED的发光效率。

主权项

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，其特征在于：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；（7）所述浅阱层生长结束后，生长多量子阱有源层，所述多量子阱有源层包括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；（8）所述多量子阱有源层生长结束后，生长厚度为30‑120nm的低温P型GaN层，生长温度为650‑800℃，生长时间为3‑20min，压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500‑3500；（9）所述低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为50‑150nm的P型AlGaN层，生长温度为900‑1000℃，生长时间为2‑10min，生长压力为50‑300Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500‑10000，P型AlGaN层中Al的摩尔组分含量为5%‑20%；（10）所述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900‑1000℃之间，生长时间为10‑25min，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500‑3500；（11）所述高温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650‑850℃，生长时间为0.5‑5min，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为10000‑20000；（12）外延生长结束后，将反应室的温度降至600‑900℃，在PN2气氛进行退火处理10‑30min，而后逐渐降至室温，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。