一种以蓝宝石衬底为基板的GaN基LED多阶缓冲层生长方法

摘要

本发明提供一种以蓝宝石衬底为基板的GaN基LED多阶缓冲层生长方法,其多阶缓冲层外延结构,其外延结构的生长方法包括以下具体步骤：将衬底在氢气气氛里进行高温清洁处理，将温度下降到600℃，调整外延生长气氛准备生长多阶LT-AlGaN/MT-GaN/HT-GaN缓冲层，之后生长GaN非掺杂层，生长掺杂浓度稳定的N型GaN层，生长浅量子阱层，生长发光层多量子阱层，生长低温P型GaN层，生长PAlGaN电流阻挡层、高温P型GaN层、P型接触层，外延生长结束后采用纯氮气气氛进行退火处理。本发明通过多阶LT-AlGaN/MT-GaN/HT-GaN缓冲层结构更好的解决蓝宝石与GaN之间的大晶格失配问题,减少穿透位错，改善晶体质量，减小漏电提高外延片的亮度，改进LED发光效率。

主权项

一种以蓝宝石衬底为基板的GaN基LED多阶缓冲层生长方法,其多阶缓冲层外延结构，从下向上的顺序依次包括：衬底、多阶LT‑AlGaN/MT‑GaN/HT‑GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型GaN层、浅量子阱层、发光量子阱层、低温P型GaN层、PAlGaN电流阻挡层、高温P型GaN层、P型接触层,其特征在于：其外延结构的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，衬底为蓝宝石材质；(2)将温度下降到600℃，调整外延生长气氛准备生长多阶LT‑AlGaN/MT‑GaN/HT‑GaN缓冲层，所述多阶LT‑AlGaN/MT‑GaN/HT‑GaN缓冲层包括多个依次交叠的LT‑AlGaN/MT‑GaN/HT‑GaN结构，在高温下经H₂处理过的蓝宝石基板上生长AlGaN层，在600℃、反应腔体压力500Torr条件下外延生长，厚度为10‑30nm；AlGaN层生长完成后，将温度升高至1010‑1100℃进行热退火处理；之后，MT‑GaN层在950℃、反应腔体压力400Torr条件下以4.0‑10.0μm/h高成长速率进行外延生长，厚度为0.2‑2μm；HT‑GaN层在温度为1080度、反应腔体压力200Torr条件下以2.0‑4.0μm/h低成长速率进行外延生长，厚度为0.1‑2μm，最后在1000‑1010℃条件下经H₂气处理外延表面，准备生长下一个周期，多阶LT‑AlGaN/MT‑GaN/HT‑GaN缓冲层结构依次交叠生长2‑20个周期；(3)所述多阶LT‑AlGaN/MT‑GaN/HT‑GaN缓冲层生长结束后，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100‑300Torr，Ⅴ/Ⅲ比为100‑3000；(4)所述GaN非掺杂层生长结束后，生长掺杂浓度稳定的N型GaN层，厚度为2.4‑8.4μm，生长温度为1000‑1200℃，压力为100‑600Torr，Ⅴ/Ⅲ比为100‑3000；(5)所述N型GaN层生长结束后，生长浅量子阱层，所述浅量子阱层包括3‑15个依次交叠的量子阱结构，生长温度为820‑920℃，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为300‑5000，厚度为10‑200nm；(6)所述浅量子阱层生长结束后，生长发光层多量子阱层，生长温度为700‑850℃，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为300‑5000，所述发光层多量子阱由6‑12个周期的In_yGa_1‑yN/GaN其中x<y<1，多量子阱组成，所述InyGa1‑yN，其中x<y<1，量子阱层厚度为2‑5nm，生长温度为720‑820℃；所述GaN垒层厚度为8‑15nm，生长温度为820‑920℃，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为300‑5000；(7)所述发光层量子阱层生长结束后，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5‑35min，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为300‑5000；(8)所述低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为10‑200nm的PAlGaN电流阻挡层，生长温度为800‑1200℃，生长时间为2‑18min，生长压力为50‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为10‑1000，P型AlGaN层中Al的摩尔组分含量为5％～30％；(9)所述PAlGaN电流阻挡层生长结束后，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5‑40min，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为300‑5000；(10)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；(11)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。