一种改善GaN基LED反向漏电的外延生长方法技术

本发明专利技术提供一种改善GaN基LED反向漏电的外延生长方法,抑制线型位错的外延结构：在高温u-GaN层4/5厚度处，插入一层50-200nm非掺u-AlGaN外延层；在高温n-GaN层1/3厚度处，插入一层4-8个周期的n-AlGaN/GaN超晶格层；在低掺杂n-GaN层后生长一层2-6nm低掺n-AlGaN层；2）抑制V型缺陷漏电的外延结构：在MQW最后一个垒后生长一层10-50nm非掺AlGaN层；在低温p-GaN和高温p-GaN层中间插入一层50-200nm低掺p-AlGaN层。本发明专利技术可以有效降低GaN外延层内线性位错和V型缺陷密度，减少芯片内部的漏电通道，有效改善芯片的反向漏电；使用本发明专利技术外延工艺后生产的9*9mil芯片漏电测试平均值Ir=0.0038uA@-8V。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供,抑制线型位错的外延结构：在高温u-GaN层4/5厚度处，插入一层50-200nm非掺u-AlGaN外延层；在高温n-GaN层1/3厚度处，插入一层4-8个周期的n-AlGaN/GaN超晶格层；在低掺杂n-GaN层后生长一层2-6nm低掺n-AlGaN层；2）抑制V型缺陷漏电的外延结构：在MQW最后一个垒后生长一层10-50nm非掺AlGaN层；在低温p-GaN和高温p-GaN层中间插入一层50-200nm低掺p-AlGaN层。本专利技术可以有效降低GaN外延层内线性位错和V型缺陷密度，减少芯片内部的漏电通道，有效改善芯片的反向漏电；使用本专利技术外延工艺后生产的9*9mil芯片漏电测试平均值Ir=0.0038uA@-8V。【专利说明】—种改善GaN基LED反向漏电的外延生长方法
本专利技术涉及氮化镓基LED制备
，具体为。
技术介绍
半导体发光二极管(light-emission diodes, LED)因其具有体积小、能耗低、寿命长、环保耐用等优点，已在指示灯、显示屏、背光源等领域得到很好的应用。目前蓝、绿光LED主要使用GaN作为基体材料，由于GaN衬底的缺乏，目前GaN外延层主要利用蓝宝石(Al2O3)作为外延衬底材料。但因GaN与蓝宝石衬底之间存在较大的晶格失配(>11%)和较大的热膨胀系数差异，导致在GaN外延层内存在高密度(?IO8-1OicicnT2)位错等晶格缺陷。透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)等研究表明，GaN外延层中的位错会随着外延生长穿透多量子阱区延伸到外延层的表面，形成穿透位错。由于多量子阱区是由量子阱InGaN和量子垒GaN交替生长的，因InGaN与GaN层存在晶格失配，导致多量子阱区产生应力并不断的积聚，部分位错线在量子阱的生长过程中因进一步的应力作用而被发展放大，形成V型缺陷(密度?108-109cnT2)，并且V型缺陷一旦形成便会随着外延层的生长继续放大。这些大量存在的穿透位错和V型缺陷成为了 LED芯片的最主要漏电通道，空穴和电子会通过穿透位错线和V型缺陷形成非辐射符合，降低器件内量子效率，恶化器件性能。研究表明，在GaN上外延AlGaN层，可以显著抑制GaN外延层内的线性缺陷和V型缺陷密度，但是一般AlGaN层插入会增加器件的正向电压。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供，以解决上述
技术介绍
中的问题。本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:，其LED外延结构从下向上的顺序依次包括:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN层、非掺杂AlGaN插入层、高温非掺杂GaN层、高温η型GaN层、η型掺杂AlGaN层、高温η型GaN层、高温低掺η型GaN层、低掺η型AlGaN插入层、浅量子阱结构SW、多量子阱发光层结构MQW、非掺AlGaN插入层、低温ρ型GaN层、ρ型AlGaN层、高温P型GaN层、P型GaN接触层，其制备方法包括以下具体步骤:(I)将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁所述衬底表面，温度为1050-1150°C，然后进行氮化处理；(2)将温度下降到500-620°C，生长25-40nm厚的低温GaN成核层，生长压力为400-650Torr, V / III摩尔比为 500-3000 ；(3)所述低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000-1100°C，退火时间为5-10min ;退火之后，将温度调节至900-1050°C，夕卜延生长厚度为0.2-lum间的高温GaN缓冲层，生长压力为400_650Torr，V / III摩尔比为500-3000 ；(4)所属高温GaN缓冲层生长结束后，先生长一层非掺杂的U-GaN层，生长厚度在1-2.5um之间，生长过程温度为1050-1200°C，生长压力为100_600Torr，V /III摩尔比为300-3000 ;在U-GaN层结束后，生长一层非掺杂U-AlGaN层，生长厚度为100-500nm，生长过程温度为1000-1100°C，生长压力为50-300Torr，V / III摩尔比为20-200，Al组分浓度为20%-50%;在生长U-AlGaN层结束后，再生长一层高温非掺U-GaN层，生长厚度为0.5-1.5um，其生长条件和生长U-GaN层相同；(5)所述复合非掺杂U-GaN层生长结束后,先生长一层掺杂浓度稳定的n_GaN层，厚度为0.5-1.5um，生长温度为1050-1200°C，生长压力为100-600Torr, V /III摩尔比为300-3000，Si掺杂浓度为1017-1019cm_3 ;在生长n-GaN层结束后，生长一层4-8个周期的η-AlGaN/GaN超晶格层，生长过程温度为950-1100°C，生长压力为50_300Torr，V / III摩尔比为20-200，其中AlGaN层，厚度为5_15nm，Al组分为20%_50%，Si组分为1%_5%，其中GaN层厚度为3-10nm，Si组分为2%_6% ;在生长η-AlGaN/GaN超晶格层结束后，再生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层，厚度为1.5_3um，生长温度、压力、V / III摩尔比条件与n_GaN层生长条件相同；在n-GaN层生长结束后，生长一层低掺杂浓度的n-GaN层，厚度为200_500nm，Si掺杂浓度为1015-1017cm_3，生长温度、压力、V / III摩尔比条件与n-GaN层生长条件相同；低掺n-GaN层生长结束后，生长一层低掺n_AlGaN层，厚度为20_100nm，Al组分为20%_50%，Si组分为1%_5%，生长过程温度为950-1100°C，生长压力为50_300Torr，V / III摩尔比为300-3000 ；(6)所述复合η型GaN层生长结束后，生长浅量子阱结构SW，浅量子阱SW由5-20个周期的InxGagN / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InxGai_xN (x=0.1-0.5)层的厚度为2_5nm，浅垒GaN层厚度为10-30nm，生长温度为800_950°C，生长压力为100-600Torr，V / III摩尔比为 300-5000 ；(7)浅量子阱SW生长结束后，生长多周期量子阱MQW发光层，发光层多量子阱由5-15个周期的InyGa1J / GaN阱垒结构组成，其中量子阱InyGa1J(y=0.1-0.3)层的厚度为2-5nm，生长温度为700-800°C，压力为100_500Torr，V /III摩尔比为300-5000 ;其中垒层GaN的厚度为8-15nm，生长温度为800-950°C，生长压力为100_500Torr，V / III摩尔比为300-5000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂，Si组分为0.5%_3% ;在多量子阱MQW的最后一个垒生长结束后，生长一层非掺AlGaN层，厚度为10-50nm，Al组分为20%_50%，生长温度为800-950°C，生长压力为 100-500Torr，V / III摩尔比为 300-5000 ；(8)所述发光层多量子阱生长结束后，以N2作为载气生长低温厚度50_200nm的低温P型GaN层，生长温度为65本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善GaN基LED反向漏电的外延生长方法,其LED外延结构从下向上的顺序依次包括：蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN层、非掺杂AlGaN插入层、高温非掺杂GaN层、高温n型GaN层、n型掺杂AlGaN层、高温n型GaN层、高温低掺n型GaN层、低掺n型AlGaN插入层、浅量子阱结构SW、多量子阱发光层结构MQW、非掺AlGaN插入层、低温p型GaN层、p型AlGaN层、高温p型GaN层、p型GaN接触层，其特征在于：其制备方法包括以下具体步骤：（1）将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁所述衬底表面，温度为1050?1150℃，然后进行氮化处理；（2）将温度下降到500?620℃，生长25?40nm厚的低温GaN成核层，生长压力为400?650Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为500?3000；（3）所述低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000?1100℃，退火时间为5?10min；退火之后，将温度调节至900?1050℃，外延生长厚度为0.2?1um间的高温GaN缓冲层，生长压力为400?650Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为500?3000；（4）所属高温GaN缓冲层生长结束后，先生长一层非掺杂的u?GaN层，生长厚度在1?2.5um之间，生长过程温度为1050?1200℃，生长压力为100?600Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300?3000；在u?GaN层结束后，生长一层非掺杂u?AlGaN层，生长厚度为100?500nm，生长过程温度为1000?1100℃，生长压力为50?300Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为20?200，Al组分浓度为20%?50%；在生长u?AlGaN层结束后，再生长一层高温非掺u?GaN层，生长厚度为0.5?1.5um，其生长条件和生长u?GaN层相同；（5）所述高温复合u?GaN层生长结束后，先生长一层掺杂浓度稳定的n?GaN层，厚度为0.5?1.5um，生长温度为1050?1200℃，生长压力为100?600Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300?3000，Si掺杂浓度为1017?1019cm?3；在生长n?GaN层结束后，生长一层4?8个周期的n?AlGaN/GaN超晶格层,生长过程温度为950?1100℃，生长压力为50?300Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为20?200，其中AlGaN层，厚度为5?15nm，Al组分为20%?50%，Si组分为1%?5%，其中GaN层厚度为3?10nm，Si组分为2%?6%；在生长n?AlGaN/GaN超晶格层结束后，再生长一层掺杂浓度稳定的n?GaN层，厚度为1.5?3um，生长温度、压力、Ⅴ∕Ⅲ摩尔比条件与n?GaN层生长条件相同；在n?GaN层生长结束后，生长一层低掺杂浓度的n?GaN层，厚度为200?500nm，Si掺杂浓度为1015?1017cm?3，生长温度、压力、Ⅴ∕Ⅲ摩尔比条件与n?GaN层生长条件相同；低掺n?GaN层生长结束后，生长一层低掺n?AlGaN层，厚度为20?100nm，Al组分为20%?50%，Si组分为1%?5%，生长过程温度为950?1100℃，生长压力为50?300Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300?3000；（6）所述复合n型GaN层生长结束后，生长浅量子阱结构SW，浅量子阱SW由5?20个周期的InxGa1?XN∕GaN阱垒结构组成，其中浅阱InxGa1?XN（x=0.1?0.5）层的厚度为2?5nm，浅垒GaN层厚度为10?30nm，生长温度为800?950℃，生长压力为100?600Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300?5000；（7）浅量子阱SW生长结束后，生长多周期量子阱MQW发光层，发光层多量子阱由5?15个周期的InyGa1?yN∕GaN阱垒结构组成，其中量子阱InyGa1?yN(y=0.1?0.3)层的厚度为2?5nm，生长温度为700?800℃，压力为100?500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300?5000；其中垒层GaN的厚度为8?15nm，生长温度为800?950℃，生长压力为100?500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300?5000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂，Si组分为0.5%?3%；在多量子阱MQW的最后一个垒生长结束后，生长一层非掺AlGaN层，厚度为10?50nm，Al组分为20%?50%，生长温度为800?950℃，生长压力为100?500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300?5000；（8）所述发光层多量子阱生长结束后，以N2作为载气生长厚度50?200nm的低温p型GaN...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐军，
申请(专利权)人：合肥彩虹蓝光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：