CN102769078A - 高生长速率的P型GaN结构LED制造方法 - Google Patents

高生长速率的P型GaN结构LED制造方法 Download PDF

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李刚
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Abstract

本发明公开了一种高生长速率的P型GaN结构LED的制造方法,所述方法包括以下步骤:在反应室中加热衬底,然后降温生长低温GaN缓冲层,然后升温生长高温GaN缓冲层;在所述缓冲层上,生长N型GaN层;在N型GaN层上生长2至10个InGaN/GaN量子阱,接着生长3至15个InGaN/GaN量子阱;在量子阱层上生长P型GaN层。本发明通过借助高生长速率生长P型GaN层,减少生长时间,其LED结构能够减少In的挥发,并且减少对临近周期InGaN的破坏,从而有效减少对发光层多量子阱结构的伤害,提高量子阱晶体质量,提高出光效率。

Description

高生长速率的P型GaN结构LED制造方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域,涉及一种P型GaN结构LED制造方法,具体涉及一种高生长速率的P型GaN结构LED制造方法。
背景技术
目前,现有技术制作的GaN基白光二极管中,发光层多量子阱 (MQW)的晶体质量不好,导致量子阱发光效率低下。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的上述缺点和不足,提供了一种高生长速率的P型GaN结构LED制造方法。本发明通过借助高生长速率生长P型GaN层,减少生长时间,其LED结构能够减少In的挥发,并且减少对临近周期InGaN的破坏,从而有效减少对发光层多量子阱结构的伤害,提高量子阱晶体质量,提高出光效率。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种高生长速率的P型GaN结构LED的制造方法,所述方法包括以下步骤:
将衬底在氢气气氛里进行退火,清洁所述衬底表面,温度控制在1030-1200℃之间,然后进行氮化处理;
将温度下降到500-650℃之间,生长20-30 nm厚的低温GaN缓冲层,此生长过程中,生长压力控制在300-760 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在500-3200之间;
所述低温GaN缓冲层生长结束后,停止通入TMGa,将衬底温度升高至900-1200℃之间,对低温GaN缓冲层原位进行热退火处理,退火时间在5-30min之间;退火之后,将温度调节至1000-1200℃之间,外延生长厚度为0.5-2μm间的高温GaN缓冲层,生长压力在100-500 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-3000之间;
所述高温GaN缓冲层生长结束后,生长一层掺杂浓度稳定的N型GaN层,厚度在1.2-4.2μm,生长温度在1000-1200℃之间,压力在100-600 Torr之间,Ⅴ /Ⅲ摩尔比在300-3000之间;
由2-10个周期的InxGa1-XN(0.04<x<0.4)/GaN 多量子阱组成浅量子阱,所述浅量子阱的厚度在2-5nm之间,生长温度在700-900℃之间,压力在100-600 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-5000之间;
由3-15个周期的InyGa1-yN(x<y<1)/GaN 多量子阱组成发光层多量子阱,所述发光层多量子阱中In的重量百分比在10%-50%之间,所述发光层多量子阱的厚度在2-5nm之间,生长温度在720-820℃之间,压力在100-500 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-5000之间;垒层厚度不变,所述厚度在10-15nm之间,生长温度在820-920℃之间,压力在100-500 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-5000之间;
所述发光层多量子阱生长结束后,生长厚度为100-800nm之间的p型GaN层,生长温度在620-820℃之间,生长时间在5-35min之间,压力在100-500 Torr之间,在所述生长P型GaN层的过程中,TMGa的摩尔流量为4.63×10-4至1.40×10-3摩尔每分钟,氨气的流量为20至80升每分钟;
外延生长结束后,将反应室的温度降至650-800℃之间,采用纯氮气氛围进行退火处理2-15min,随后降至室温,即得。
优选的,所述衬底材料为蓝宝石、GaN单晶、单晶硅或碳化硅单晶。
本发明的优点在于,本发明通过控制P型GaN层生长速率和控制TMGa的摩尔流量制造高生长速率的P型GaN结构LED,本发明通过借助高生长速率生长P型GaN层,减少生长时间,其LED结构能够减少In的挥发,并且减少对临近周期InGaN的破坏,从而有效减少对发光层多量子阱结构的伤害,提高量子阱晶体质量,提高出光效率。
附图说明
 图1是LED外延结构的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的实施例利用Vecco MOCVD系统实施。
实施例
如图1所示的LED外延结构,包括:衬底1、低温GaN缓冲层2、高温GaN缓冲层3、N型GaN层4、浅量子阱5、发光层多量子阱6和p 型GaN层7。 
高生长速率的P型GaN结构LED的制造方法的具体步骤如下:
将衬底在氢气气氛里进行退火,清洁所述衬底表面,温度控制在1030-1200℃之间,然后进行氮化处理,所述衬底是适合GaN及其半导体外延材料生长的材料,如蓝宝石,GaN单晶,单晶硅、碳化硅单晶等;
将温度下降到500-650℃之间,生长20-30 nm厚的低温GaN缓冲层,此生长过程中,生长压力控制在300-760 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在500-3200之间;
所述低温GaN缓冲层生长结束后,停止通入TMGa,将衬底温度升高至900-1200℃之间,对低温GaN缓冲层原位进行热退火处理,退火时间在5-30min之间;退火之后,将温度调节至1000-1200℃之间,外延生长厚度为0.5-2μm间的高温GaN缓冲层,生长压力在100-500 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-3000之间;
所述高温GaN缓冲层生长结束后,生长一层掺杂浓度稳定的N型GaN层,厚度在1.2-4.2μm,生长温度在1000-1200℃之间,压力在100-600 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-3000之间;
由2-10个周期的InxGa1-XN(0.04<x<0.4)/GaN 多量子阱组成浅量子阱,所述浅量子阱的厚度在2-5nm之间,生长温度在700-900℃之间,压力在100-600 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-5000之间;
由3-15个周期的InyGa1-yN(x<y<1)/GaN 多量子阱组成发光层多量子阱,所述发光层多量子阱中In的重量百分比在10%-50%之间,所述发光层多量子阱的厚度在2-5nm之间,生长温度在720-820℃之间,压力在100-500 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-5000之间;垒层厚度不变,厚度在10-15nm之间,生长温度在820-920℃之间,压力在100-500 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-5000之间;
所述发光层多量子阱生长结束后,生长厚度为100-800nm之间的p型GaN层,生长温度在620-820℃之间,生长时间在5-35min之间,压力在100-500 Torr之间,在所述生长P型GaN层的过程中,TMGa的摩尔流量为4.63×10-4至1.40×10-3摩尔每分钟,氨气的流量为20至80升每分钟;
外延生长结束后,将反应室的温度降至650-800℃之间,采用纯氮气氛围进行退火处理2-15min,随后降至室温,即得。
外延结构(外延片)经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等后续加工工艺制成单科小尺寸芯片。
本实施例以高纯氢气或氮气作为载气,以三甲基镓(TMGa),三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)分别作为Ga、Al、In和N源,用硅烷(SiH4)和二茂镁(Cp2Mg)分别作为n、p型掺杂剂。
本实施例通过控制P型GaN层生长速率和控制TMGa的摩尔流量制造高生长速率的P型GaN结构LED,本实施例通过借助高生长速率生长P型GaN层,减少生长时间,其LED结构能够减少In的挥发,并且减少对临近周期InGaN的破坏,从而有效减少对发光层多量子阱结构的伤害,提高量子阱晶体质量,提高出光效率。

Claims (2)

1.一种高生长速率的P型GaN结构LED的制造方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
将衬底在氢气气氛里进行退火,清洁所述衬底表面,温度控制在1030-1200℃之间,然后进行氮化处理;
将温度下降到500-650℃之间,生长20-30 nm厚的低温GaN缓冲层,此生长过程中,生长压力控制在300-760 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在500-3200之间;
所述低温GaN缓冲层生长结束后,停止通入TMGa,将衬底温度升高至900-1200℃之间,对所述低温GaN缓冲层原位进行热退火处理,退火时间在5-30min之间;退火之后,将温度调节至1000-1200℃之间,外延生长厚度为0.5-2μm间的高温GaN缓冲层,生长压力在100-500 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-3000之间;
所述高温GaN缓冲层生长结束后,生长一层掺杂浓度稳定的N型GaN层,厚度在1.2-4.2μm,生长温度在1000-1200℃之间,压力在100-600 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-3000之间;
由2-10个周期的InxGa1-XN(0.04<x<0.4)/GaN 多量子阱组成浅量子阱,所述浅量子阱的厚度在2-5nm之间,生长温度在700-900℃之间,压力在100-600 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-5000之间;
由3-15个周期的InyGa1-yN(x<y<1)/GaN 多量子阱组成发光层多量子阱,所述发光层多量子阱中In的重量百分比在10%-50%之间,所述发光层多量子阱的厚度在2-5nm之间,生长温度在720-820℃之间,压力在100-500 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-5000之间;垒层厚度不变,所述厚度在10-15nm之间,生长温度在820-920℃之间,压力在100-500 Torr之间,Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300-5000之间;
所述发光层多量子阱生长结束后,生长厚度为100-800nm之间的p型GaN层,生长温度在620-820℃之间,生长时间在5-35min之间,压力在100-500 Torr之间,在所述生长P型GaN层的过程中,TMGa的摩尔流量为4.63×10-4至1.40×10-3摩尔每分钟,氨气的流量为20至80升每分钟;
外延生长结束后,将反应室的温度降至650-800℃之间,采用纯氮气氛围进行退火处理2-15min,随后降至室温,即得。
2.根据权利要求1所述的高生长速率的P型GaN结构LED的制造方法,其特征在于,所述衬底材料为蓝宝石、GaN单晶、单晶硅或碳化硅单晶。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20121107