一种提高氮化镓基发光二极管发光效率的沟道层技术生长方法

摘要

本发明提供一种提高氮化镓基发光二极管发光效率的沟道层技术生长方法，其LED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、沟道层A、N型GaN层、沟道层B、多量子阱有源层、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层，本发明通过沟道层A、沟道层B的插入，一方面沟道层A可以有效的限制外延层与衬底之间由于晶格失配产生的位错，减少外延层的缺陷密度，提高外延层质量；另一方面，沟道层B可以扩展电流，缓解静电对GaN基LED的冲击，提高LED对静电的耐受能力，并且可以使电子更有效均匀的进入量子阱中，增加电子在量子阱中的注入效率，从而提高GaN基LED的发光效率。

主权项

一种提高氮化镓基发光二极管发光效率的沟道层技术生长方法，其LED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、沟道层A、N型GaN层、沟道层B、多量子阱有源层、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层，其特征在于：其LED外延结构的生长方法，包括以下具体步骤：步骤一，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；步骤二，将温度下降到500‑650℃之间，生长厚度为20‑30nm的低温GaN缓冲层2，生长压力控制在300‑760Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为500‑3200；步骤三，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℃之间，对所述低温GaN缓冲层2进行原位热退火处理，退火时间在5‑30min，退火之后，将温度调节至1000‑1200℃之间，外延生长厚度为0.5‑2μm的GaN非掺杂层，生长压力在100‑500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300‑3000；步骤四，所述低温GaN非掺杂层生长结束后，将温度调节至900‑1100℃之间，通入三甲基镓(TMGa)并同时通入三甲基铝(TMAl)生长沟道层A，Al_xGa_1‑xN，其中0<x<1，沟道层A中Al的摩尔组分含量控制在5％‑30％之间，生长沟道层B厚度和Al的摩尔组分含量控制与沟道层A略有不同；步骤五，所述沟道层A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，生长温度在1000‑1200℃之间，压力在100‑600Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300‑3000；步骤六，所述N型GaN层生长结束后，将温度再调节至900‑1100℃之间，通入三甲基镓(TMGa)并三甲基铝(TMAl)流量为0时停顿0‑2min，且从0开始渐变方式通入三甲基铝(TMAl)生长沟道层B，依此为单个循环；循环数目Loop数控制在1‑5个Loop数之间，Al_xGa_1‑xN，其中0<x<1，沟道层B中Al的摩尔组分含量控制在5％‑30％之间；步骤七，所述沟道层B生长结束后，生长多量子阱有源层，所述多量子阱有源层由2‑15个周期的InGaN/GaN多量子阱组成，1个周期的InGaN/GaN量子阱厚度在2‑5nm之间，生长温度为720‑920℃，压力在100‑600Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300‑5000；步骤八，所述多量子阱有源层生长结束后，生长厚度为10‑100nm的低温P型GaN层，生长温度在620‑820℃之间，生长时间为5‑35min，压力在100‑500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300‑5000；步骤九，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，生长温度在900‑1100℃之间，生长时间为5‑15min，压力在50‑500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为1000‑20000，P型AlGaN层8中Al的摩尔组分含量控制在10％‑30％之间；步骤十，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，生长温度在850‑950℃之间，生长时间为5‑30min，压力在100‑500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300‑5000；步骤十一，外延生长结束后，将反应室的温度降至650‑800℃之间，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、光刻和刻蚀加工工艺制成单颗小尺寸芯片。