CN103824912A - 一种改善GaN基LED反向漏电的外延生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改善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；使用本发明外延工艺后生产的9*9mil芯片漏电测试平均值Ir=0.0038uA-8V。
Description
技术领域
本发明涉及氮化镓基LED制备技术领域，具体为一种改善GaN基LED反向漏电的外延生长方法。
背景技术
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（～108-1010cm-2）位错等晶格缺陷。透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)等研究[M.Shiojiri，atl,JOURNAL OF APPLIED PHYSICS99,073505]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～108-109cm-2），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[Y.Chen,atl,Applied Physics Letters72,710]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。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种改善GaN基LED反向漏电的外延生长方法，以解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：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℃，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作为载气生长低温厚度50-200nm的低温p型GaN层，生长温度为650-800℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300-5000，Mg的摩尔组分为0.3%-1%；
（9）所述低温p型GaN层生长结束后，生长厚度为50-200nm的p型AlGaN层，生长温度为900-1100℃，生长时间为3-10min，生长压力为20-200Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为1000-20000，p型AlGaN层的Al的摩尔组分为10%-30%，Mg的摩尔组分为0.05%-0.3%；
（10）所述p型AlGaN层生长结束后，生长高温p型GaN层，生长厚度为100-800nm，生长温度为850-1000℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300-5000，Mg掺杂浓度为1017-1018cm-3；
（11）所述P型GaN层生长结束后，生长厚度为5-20nm的p型GaN接触层，生长温度为850-1050℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为1000-5000；
（12）外延生长结束后，将反应室的温度降至650-800℃，采用纯氮气氛围进行退火处理5-10min，然后降至室温，结束生长；外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
所述外延结构的生长过程中以三甲基镓（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。
所述外延结构的生长过程中以硅烷（SiH4）和二茂镁（CP2Mg）分别作为N、P型掺杂剂。
所述外延结构的生长过程中以氢气（H2）或氮气（N2）作为载气。
与已公开技术相比，本发明存在以下优点：本发明可以有效降低GaN外延层内线性位错和V型缺陷密度，其中线性位错密度可控制在4╳109cm-2内，V型缺陷密度可控制在3╳108cm-2内，并对开口较大的V型缺陷进行底部填堵，减少芯片内部的漏电通道，有效改善芯片的反向漏电；因对各层插入的AlGaN层厚度及掺杂量的控制，并不会带来芯片正向电压的明显增高，并且可以帮助芯片电流扩展，提高亮度。9mil*9mil芯片，使用常规外延工艺生产的芯片漏电（Ir）测试平均值Ir=0.0352uA-8V，使用本发明外延工艺后生产的芯片漏电测试平均值Ir=0.0038uA-8V。
附图说明
图1为本发明的多量子阱后非掺AlGaN插入层和p-AlGaN层对V型缺陷填堵示意图；
图2为使用普通外延工艺的9mil*9mil芯片漏电Ir测试结果分布；
图3为本发明外延工艺实施后的9mil*9mil芯片漏电Ir测试结果分布。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
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℃，然后进行氮化处理；
（2）将温度下降到500℃，生长25nm厚的低温GaN成核层，生长压力为400Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为500；
（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℃，退火时间为5min；退火之后，将温度调节至900℃，外延生长厚度为0.2um的高温GaN缓冲层，生长压力为400Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为500；
（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，生长厚度为1um，生长温度为1050℃，生长压力为100Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300；在u-GaN层结束后，生长一层非掺杂u-AlGaN层，生长厚度为100nm，生长过程温度为1000℃，生长压力为50Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为20，Al组分浓度为20%；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0.5um，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0.5um，生长温度为1050℃，生长压力为100Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300，Si掺杂浓度为1017cm-3；在生长n-GaN层结束后，生长一层4个周期的n-AlGaN/GaN超晶格层,生长过程温度为950℃，生长压力为50Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为20，其中AlGaN层，厚度为5nm，Al组分为20%，Si组分为1%，其中GaN层厚度为3nm，Si组分为2%；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1.5um，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200nm，Si掺杂浓度为1015cm-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20nm，Al组分为20%，Si组分为1%-5%，生长过程温度为950℃，生长压力为50Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300；
（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2nm，浅垒GaN层厚度为10nm，生长温度为800℃，生长压力为100Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300；
（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2nm，生长温度为700℃，压力为100Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300；其中垒层GaN的厚度为8nm，生长温度为800℃，生长压力为100Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300，垒层GaN进行低浓度Si掺杂，Si组分为0.5%；在多量子阱MQW最后一个垒生长结束后，生长一层非掺AlGaN层，厚度为10nm，Al组分为20%，生长温度为800℃，生长压力为100Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300；
（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50nm的低温p型GaN层，生长温度为650℃，生长压力为100Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300，Mg的摩尔组分为0.3%；
（9）所述低温p型GaN层生长结束后，生长厚度为50nm的p型AlGaN层，生长温度为900℃，生长时间为3min，生长压力为20Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为1000，p型AlGaN层的Al的摩尔组分为10%，Mg的摩尔组分为0.05%；
（10）所述p型AlGaN层生长结束后，生长高温p型GaN层，生长厚度为100nm，生长温度为850℃，生长压力为100Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300，Mg掺杂浓度为1017cm-3；
（11）所述P型GaN层生长结束后，生长厚度为5nm的p型GaN接触层，生长温度为850℃，生长压力为100Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为1000；
（12）外延生长结束后，将反应室的温度降至650℃，采用纯氮气氛围进行退火处理5min，然后降至室温，结束生长；外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
本实施例中以三甲基镓（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，以硅烷（SiH4）和二茂镁（CP2Mg）分别作为N、P型掺杂剂，以氢气（H2）作为载气。
实施例2
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620℃，生长40nm厚的低温GaN成核层，生长压力为650Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为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1100℃，退火时间为10min；退火之后，将温度调节至1050℃，外延生长厚度为1um的高温GaN缓冲层，生长压力为650Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为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，生长厚度为2.5um，生长温度为1200℃，生长压力为600Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为3000；在u-GaN层结束后，生长一层非掺杂u-AlGaN层，生长厚度为500nm，生长过程温度为1100℃，生长压力为300Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为200，Al组分浓度为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1.5um，生长温度为1200℃，生长压力为600Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为3000，Si掺杂浓度为1019cm-3；在生长n-GaN层结束后，生长一层8个周期的n-AlGaN/GaN超晶格层,生长过程温度为1100℃，生长压力为300Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为200，其中AlGaN层，厚度为15nm，Al组分为50%，Si组分为5%，其中GaN层厚度为10nm，Si组分为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500nm，Si掺杂浓度为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100nm，Al组分为50%，Si组分为5%，生长过程温度为1100℃，生长压力为300Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为3000；
（6）所述符合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5nm，浅垒GaN层厚度为30nm，生长温度为950℃，生长压力为600Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为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5nm，生长温度为800℃，压力为500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为5000；其中垒层GaN的厚度为15nm，生长温度为950℃，生长压力为500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为5000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂，Si组分为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50nm，Al组分为50%，生长温度为950℃，生长压力为500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为5000；
（8）所述发光层多量子阱生长结束后，以N2作为载气生长厚度为200nm的低温p型GaN层，生长温度为800℃，生长压力为500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为5000，Mg的摩尔组分为1%；
（9）所述低温p型GaN层生长结束后，生长厚度为200nm的p型AlGaN层，生长温度为1100℃，生长时间为10min，生长压力为200Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为20000，p型AlGaN层的Al的摩尔组分为30%，Mg的摩尔组分为0.3%；
（10）所述p型AlGaN层生长结束后，生长高温p型GaN层，生长厚度为800nm，生长温度为1000℃，生长压力为500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为5000，Mg掺杂浓度为1018cm-3；
（11）所述P型GaN层生长结束后，生长厚度为20nm的p型GaN接触层，生长温度为1050℃，生长压力为500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为5000；
（12）外延生长结束后，将反应室的温度降至800℃，采用纯氮气氛围进行退火处理10min，然后降至室温，结束生长；外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
本实施例中以三甲基镓（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，以硅烷（SiH4）和二茂镁（CP2Mg）分别作为N、P型掺杂剂，以氢气（H2）作为载气。
实施例3
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1100℃，然后进行氮化处理；
（2）将温度下降到520℃，生长30nm厚的低温GaN成核层，生长压力为550Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为2000；
（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1050℃，退火时间为6min；退火之后，将温度调节至950℃，外延生长厚度为0.5um的高温GaN缓冲层，生长压力为450Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为2000；
（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，生长厚度为1.5um，生长温度为1100℃，生长压力为500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为2000；在生长u-GaN层结束后，生长一层非掺杂u-AlGaN层，生长厚度为300nm，生长过程温度为1050℃，生长压力为200Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为100，Al组分浓度为30%；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0.8um，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0.8um，生长温度为1100℃，生长压力为500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为2000，Si掺杂浓度为1018cm-3；在生长n-GaN层结束后，生长一层6个周期的n-AlGaN/GaN超晶格层,生长过程温度为1000℃，生长压力为200Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为100，其中AlGaN层，厚度为10nm，Al组分为30%，Si组分为3%，其中GaN层厚度为6nm，Si组分为5%；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2um，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300nm，Si掺杂浓度为1016cm-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60nm，Al组分为40%，Si组分为4%，生长过程温度为1000℃，生长压力为200Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为1000；
（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15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3nm，浅垒GaN层厚度为20nm，生长温度为850℃，生长压力为500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为3000；
（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10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3nm，生长温度为750℃，压力为400Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为2000；其中垒层GaN的厚度为12nm，生长温度为850℃，生长压力为400Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为2000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂，Si组分为2%；在多量子阱MQW最后一个垒生长结束后，生长一层非掺AlGaN层，厚度为30nm，Al组分为40%，生长温度为850℃，生长压力为300Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为3000；
（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100nm的低温p型GaN层，生长温度为700℃，生长压力为300Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为2000，Mg的摩尔组分为0.5%；
（9）所述低温p型GaN层生长结束后，生长厚度为100nm的p型AlGaN层，生长温度为1000℃，生长时间为8min，生长压力为100Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为10000，p型AlGaN层的Al的摩尔组分为20%，Mg的摩尔组分为0.2%；
（10）所述p型AlGaN层生长结束后，生长高温p型GaN层，生长厚度为500nm，生长温度为900℃，生长压力为400Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为1000，Mg掺杂浓度为1017cm-3；
（11）所述P型GaN层生长结束后，生长厚度为10nm的p型GaN接触层，生长温度为950℃，生长压力为200Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为3000；
（12）外延生长结束后，将反应室的温度降至700℃，采用纯氮气氛围进行退火处理8min，然后降至室温，结束生长；外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
本实施例中以三甲基镓（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，以硅烷（SiH4）和二茂镁（CP2Mg）分别作为N、P型掺杂剂，以氢气（H2）作为载气。
本发明可以有效降低GaN外延层内线性位错和V型缺陷密度，其中线性位错密度可控制在4╳109cm-2内，V型缺陷密度可控制在3╳108cm-2内，并对开口较大的V型缺陷进行底部填堵，减少芯片内部的漏电通道，有效改善芯片的反向漏电；因对各层插入的AlGaN层厚度及掺杂量的控制，并不会带来芯片正向电压的明显增高，并且可以帮助芯片电流扩展，提高亮度。9mil*9mil芯片，使用常规外延工艺生产的芯片漏电（Ir）测试平均值Ir=0.0352uA-8V，使用本发明外延工艺后生产的芯片漏电测试平均值Ir=0.0038uA-8V。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种改善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层，生长温度为650-800℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300-5000，Mg的摩尔组分为0.3%-1%；
（9）所述低温p型GaN层生长结束后，生长厚度为50-200nm的p型AlGaN层，生长温度为900-1100℃，生长时间为3-10min，生长压力为20-200Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为1000-20000，p型AlGaN层的Al的摩尔组分为10%-30%，Mg的摩尔组分为0.05%-0.3%；
（10）所述p型AlGaN层生长结束后，生长高温p型GaN层，生长厚度为100-800nm，生长温度为850-1000℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300-5000，Mg掺杂浓度为1017-1018cm-3；
（11）所述P型GaN层生长结束后，生长厚度为5-20nm的p型GaN接触层，生长温度为850-1050℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为1000-5000；
（12）外延生长结束后，将反应室的温度降至650-800℃，采用纯氮气氛围进行退火处理5-10min，然后降至室温，结束生长；外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
2.根据权利要求1所述的一种改善GaN基LED反向漏电的外延生长方法，其特征在于：所述外延结构的生长过程中以三甲基镓（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。
3.根据权利要求1所述的一种改善GaN基LED反向漏电的外延生长方法，其特征在于：所述外延结构的生长过程中以硅烷（SiH4）和二茂镁（CP2Mg）分别作为N、P型掺杂剂。
4.根据权利要求1所述的一种改善GaN基LED反向漏电的外延生长方法，其特征在于：所述外延结构的生长过程中以氢气（H2）或氮气（N2）作为载气。
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