[发明专利]一种GaN（绿光）量子阱结构的生长方法

摘要

本发明提供一种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，本发明在阱处对TMIn进行掺杂，分别在不同的压力、流量、转速、温度、Ⅴ/Ⅲ摩尔比的生长环境下，进行量子阱结构的生长，在最后的阱处发生复合发光，从而解决目前绿光GaN的量子阱复合不顺利的情况，为提高亮度提供了保障，亮度提升明显。

主权项

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，其特征在于：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；（6）P型层生长：生长温度为620‑820℃，生长时间为5‑35min，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为300‑5000，在生长P型层的过程中，以N₂作为载气；（7）P型接触层生长：P型层生长结束后，生长厚度为16‑35nm的p型AlGaN层，生长温度为950‑1150℃，生长时间为9‑12min，生长压力为150‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为1480‑13800，Al的组分为15%‑25%；（8）外延生长结束后，将反应室的温度降至400‑700℃，采用纯氮气氛围进行退火处理5‑10min，随后降至室温，外延制程结束。