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