一種Mg摻雜P型GaN外延生長(zhǎng)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種Mg摻雜P型GaN外延生長(zhǎng)方法，其二極管外延片結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次為：襯底、中溫GaN緩沖層、N型GaN層、淺量子阱、復(fù)合量子阱層、P型GaN層、P型AlGaN層、P型GaN層、P型接觸層、P型變量摻雜層，在InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層與P型AlGaN之間生長(zhǎng)具有In摻雜的低溫P型氮化鎵層，接下生長(zhǎng)的P型AlGaN層可將In完全析出，大大提高空穴濃度，同時(shí)在P型AlGaN層后低溫生長(zhǎng)P型氮化鎵層，低溫P型氮化鎵層可抑制P型摻雜劑的擴(kuò)散作用；本發(fā)明有效改善接觸層后所帶來(lái)的外觀不足，改善了外貌形態(tài)，提高外觀等級(jí)；同時(shí)提高了結(jié)晶質(zhì)量，對(duì)電壓的降低提供足夠空間；另外、提高了Mg的活化性能，提高了空穴濃度，可以提高至1015-1016cm-3，遷移率達(dá)到10cm2/v.s，摻雜效率達(dá)到3-5%。
【專利說(shuō)明】—種Mg摻雜P型GaN外延生長(zhǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體行業(yè)LED外延工藝制程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種Mg摻雜P型GaN外延生長(zhǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Mg的參雜一直以來(lái)都存在很多問(wèn)題，如:空穴濃度較低、電阻率較高、晶體質(zhì)量不好等。而變量摻雜通過(guò)對(duì)電學(xué)的、光學(xué)的、表面形貌分析表明，在保證晶體質(zhì)量的前提條件下，此種變量摻雜方法明顯提高了空穴濃度，降低了電阻率，提高空穴遷移率，取得較好的表面形貌。目前LED外延生長(zhǎng)對(duì)于鎂雜質(zhì)的自補(bǔ)償效應(yīng)比較明顯，通常摻鎂的氮化鎵基材料的空穴濃度只有1017-1018cm_3，遷移率還不到10cm2/v.s，摻雜效率只有0.1_1%，不能很好滿足器件要求，即鎂被單獨(dú)作為P型摻雜劑時(shí)，難以獲得高質(zhì)量、高空穴濃度的P型氮化鎵材料?，F(xiàn)有技術(shù)不足:鎂的活化效率低，摻雜效率低，空穴濃度不高，鎂向多量子阱有源區(qū)中擴(kuò)散，均對(duì)發(fā)光二極管產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本專利所采取的In摻雜及低溫生長(zhǎng)P型GaN外延方法，可以生長(zhǎng)聞質(zhì)量、聞外觀等級(jí)、聞空穴濃度的P型氣化嫁材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種Mg摻雜P型GaN外延生長(zhǎng)方法，以解決上述【背景技術(shù)】中的問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種Mg摻雜P型GaN外延生長(zhǎng)方法，其二極管外延片結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次為:襯底、中溫GaN緩沖層、N型GaN層、淺量子阱、復(fù)合量子阱層、P型GaN層、P型AlGaN層、P型GaN層、P型接觸層、P型變量摻雜層，在InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層與P型AlGaN之間生長(zhǎng)具有In摻雜的低溫P型氮化鎵層，接下生長(zhǎng)的P型AlGaN層可將In完全析出，大大提高空穴濃度，同時(shí)在P型AlGaN層后低溫生長(zhǎng)P型氮化鎵層，低溫P型氮化鎵層可抑制P型摻雜劑的擴(kuò)散作用，其具體生長(zhǎng)方法為:
[0005](I)將襯底材料在氫氣氣氛里進(jìn)行退火，清潔襯底表面，溫度為1040-1180°C，然后進(jìn)行氮化處理；
[0006](2)中溫緩沖層生長(zhǎng):在襯底氫化處理后結(jié)束后，將襯底溫度升高至650-850°C，再次行熱退火處理，退火時(shí)間為10-20min，退火之后，將溫度調(diào)節(jié)至750-900°C，在V / III摩爾比為400-2800條件下外延生長(zhǎng)厚度為0.6-1.5um間的高溫不摻雜GaN，此生長(zhǎng)過(guò)程中，生長(zhǎng)壓力為300-450Torr ；
[0007](3) N型層生長(zhǎng):中溫緩沖層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)一層摻雜濃度穩(wěn)定的N型層，厚度為1.2-4.2um，生長(zhǎng)溫度為1000-1200 °C，生長(zhǎng)壓力為300-450Torr，V /III摩爾比為400-2800 ；
[0008](4)淺量子阱SW生長(zhǎng):由6-12個(gè)周期的InxGal-XN(0.04<x<0.4) /GaN多量子阱組成，其中阱的厚度為2-5nm，生長(zhǎng)溫度為700_900°C，生長(zhǎng)壓力為100_600Torr，V /III摩爾比為 350-43000 ；
[0009](5)復(fù)合量子阱層MQW生長(zhǎng):由3-15個(gè)周期的InyGal_yN(x〈y〈l)/GaN多量子阱組成，阱中In的組份為10%-50%，阱的厚度為2-5nm，生長(zhǎng)溫度為720_820°C，生長(zhǎng)壓力為100-500Torr, V / III摩爾比為350-4300，壘層厚度為10_15nm，生長(zhǎng)溫度為820_920°C，生長(zhǎng)壓力為 100-500Torr, V /III摩爾比為 350-4300 ；
[0010](6) P型層生長(zhǎng):發(fā)光層多量子阱層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為IO-1OOnm的In摻雜P型GaN層，生長(zhǎng)溫度為620-820°C，生長(zhǎng)時(shí)間為5-35min，生長(zhǎng)壓力為100-500Torr，V /III摩爾比為300-5000，在生長(zhǎng)P型層的過(guò)程中，N2作為載氣；
[0011](7)P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為16-35nm的ρ型AlGaN層，生長(zhǎng)溫度為950-1150°C，生長(zhǎng)時(shí)間為9-12min，生長(zhǎng)壓力為150_500Torr，V /III摩爾比為1480-13800，Al 的組分為 15%-25% ；
[0012](8)P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為100_800nm的P型GaN層，生長(zhǎng)溫度為850-950°C，生長(zhǎng)時(shí)間為5-30min，生長(zhǎng)壓力為100_500Torr，V /III摩爾比為350-4300 ；
[0013](9)P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為5_20nm的ρ型接觸層，生長(zhǎng)溫度為850-1050°C，生長(zhǎng)時(shí)間為 Ι-lOmin，生長(zhǎng)壓力為 200_450Torr，V /III摩爾比為 1480-13800 ；
[0014](IO)P型變量摻雜層生長(zhǎng)，P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為10_18nm的變量摻雜層，生長(zhǎng)溫度為550-650°C，分三個(gè)階段生長(zhǎng)，第一階段:壓力為550-600Torr，流量為400-450sccm/min ;第二階段:壓力為 300-400Torr,流量為 240-260sccm/min ;第三階段:壓力為 150-200Torr,流量為 350-500sccm/min, V /III摩爾比為 1480-13800 ；
[0015](11)外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至400-700°C，采用純氮?dú)夥諊M(jìn)行退火處理5-10min，隨后降至室溫，外延制程結(jié)束。
[0016]所述襯底、中溫GaN緩沖層、N型GaN層、淺量子阱、復(fù)合量子阱層、P型GaN層、P型AlGaN層、P型GaN層、P型接觸層、P型變量摻雜層以三甲基鎵(TMGa)，三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMA1)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源。
[0017]所述襯底、中溫GaN緩沖層、N型GaN層、淺量子阱、復(fù)合量子阱層、P型GaN層、P型AlGaN層、P型GaN層、P型接觸層、P型變量摻雜層以硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
[0018]所述襯底為藍(lán)寶石，單晶硅。
[0019]與已公開(kāi)技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明有效改善接觸層后所帶來(lái)的外觀不足，改善了外貌形態(tài)，提高外觀等級(jí)；同時(shí)提高了結(jié)晶質(zhì)量，對(duì)電壓的降低提供足夠空間；另外、提聞了 Mg的活化性能，提聞了空穴濃度，可以提聞至1015_1016cm 3,遷移率達(dá)到10cm2/v.S，摻雜效率達(dá)到3-5%。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。[0021]實(shí)施例1
[0022]一種Mg摻雜P型GaN外延生長(zhǎng)方法，其二極管外延片結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次為:襯底、中溫GaN緩沖層、N型GaN層、淺量子阱、復(fù)合量子阱層、P型GaN層、P型AlGaN層、P型GaN層、P型接觸層、P型變量摻雜層，其具體生長(zhǎng)方法為:
[0023](I)將襯底材料在氫氣氣氛里進(jìn)行退火，清潔襯底表面，溫度為1040°C，然后進(jìn)行氮化處理；
[0024](2)中溫緩沖層生長(zhǎng):在襯底氫化處理后結(jié)束后，將襯底溫度升高至650°C，再次行熱退火處理，退火時(shí)間為lOmin，退火之后，將溫度調(diào)節(jié)至750°C，在V /III摩爾比為400條件下外延生長(zhǎng)厚度為0.6um間的高溫不摻雜GaN，此生長(zhǎng)過(guò)程中，生長(zhǎng)壓力為300Torr ；
[0025](3)N型層生長(zhǎng):中溫緩沖層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)一層摻雜濃度穩(wěn)定的N型層，厚度為
1.2um，生長(zhǎng)溫度為1000°C，生長(zhǎng)壓力為300Torr，V /III摩爾比為400 ；
[0026](4)淺量子阱SW生長(zhǎng):由6個(gè)周期的InxGal-XN(0.04〈x〈0.4)/GaN多量子阱組成，其中阱的厚度為2nm，生長(zhǎng)溫度為700°C，生長(zhǎng)壓力為lOOTorr，V /III摩爾比為350 ；
[0027](5)復(fù)合量子阱層MQW生長(zhǎng):由3個(gè)周期的InyGal-yN(x〈y〈l) /GaN多量子阱組成，阱中In的組份為10%，阱的厚度為2nm，生長(zhǎng)溫度為720°C，生長(zhǎng)壓力為lOOTorr，V /III摩爾比為350，壘層厚度為10nm，生長(zhǎng)溫度為820°C，生長(zhǎng)壓力為lOOTorr，V /III摩爾比為350;
[0028](6) P型層生長(zhǎng):發(fā)光層多量子阱層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為IOnm的In摻雜ρ型GaN層，生長(zhǎng)溫度為620°C，生長(zhǎng)時(shí)間為5min，生長(zhǎng)壓力為lOOTorr，V / III摩爾比為300，在生長(zhǎng)P型層的過(guò)程中，N2作為載氣；
[0029](7) P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為16nm的ρ型AlGaN層，生長(zhǎng)溫度為950°C，生長(zhǎng)時(shí)間為9min，生長(zhǎng)壓力為150Torr, V / III摩爾比為1480，Al的組分為15% ；
[0030](S)P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為IOOnm的ρ型GaN層，生長(zhǎng)溫度為850°C，生長(zhǎng)時(shí)間為5min，生長(zhǎng)壓力為lOOTorr, V /III摩爾比為350;
[0031](9) P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為5nm的ρ型接觸層，生長(zhǎng)溫度為850°C，生長(zhǎng)時(shí)間為lmin，生長(zhǎng)壓力為200Torr，V /III摩爾比為1480 ；
[0032](10) P型變量摻雜層生長(zhǎng)，P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為IOnm的變量摻雜層，生長(zhǎng)溫度為550°C，分三個(gè)階段生長(zhǎng)，第一階段:壓力為550Torr，流量為400sCCm/min ;第二階段:壓力為300Torr，流量為240sccm/min ;第三階段:壓力為150Torr，流量為350sccm/min，V /III摩爾比為 1480 ；
[0033](11)外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至400°C，采用純氮?dú)夥諊M(jìn)行退火處理5min,隨后降至室溫,外延制程結(jié)束。
[0034]本實(shí)施例中以三甲基鎵(TMGa)，三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMA1 )、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源，以硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑，以藍(lán)寶石作為襯底。
[0035]實(shí)施例2
[0036]一種Mg摻雜P型GaN外延生長(zhǎng)方法，其二極管外延片結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次為:襯底、中溫GaN緩沖層、N型GaN層、淺量子阱、復(fù)合量子阱層、P型GaN層、P型AlGaN層、P型GaN層、P型接觸層、P型變量摻雜層，其具體生長(zhǎng)方法為:
[0037](I)將襯底材料在氫氣氣氛里進(jìn)行退火，清潔襯底表面，溫度為1180°C，然后進(jìn)行氮化處理；
[0038](2)中溫緩沖層生長(zhǎng):在襯底氫化處理后結(jié)束后，將襯底溫度升高至850°C，再次行熱退火處理，退火時(shí)間為20min，退火之后，將溫度調(diào)節(jié)至900°C，在V /III摩爾比為2800條件下外延生長(zhǎng)厚度為1.5um間的高溫不摻雜GaN，此生長(zhǎng)過(guò)程中，生長(zhǎng)壓力為450Torr ；
[0039](3)N型層生長(zhǎng):中溫緩沖層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)一層摻雜濃度穩(wěn)定的N型層，厚度為
4.2um，生長(zhǎng)溫度為1200°C，生長(zhǎng)壓力為450Torr，V /III摩爾比為2800 ；
[0040](4)淺量子阱SW生長(zhǎng):由12個(gè)周期的InxGal-XN(0.04<x<0.4) /GaN多量子阱組成，其中阱的厚度為5nm，生長(zhǎng)溫度為900°C，生長(zhǎng)壓力為600Torr，V /III摩爾比為43000 ；
[0041](5)復(fù)合量子阱層MQW生長(zhǎng):由15個(gè)周期的InyGal-yN(x〈y〈l)/GaN多量子阱組成，阱中In的組份為50%，阱的厚度為5nm，生長(zhǎng)溫度為820°C，生長(zhǎng)壓力為500Torr，V / III摩爾比為4300，壘層厚度為15nm，生長(zhǎng)溫度為920°C，生長(zhǎng)壓力為500Torr，V /III摩爾比為4300 ；
[0042](6)P型層生長(zhǎng):發(fā)光層多量子阱層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為IOOnm的In摻雜ρ型GaN層，生長(zhǎng)溫度為820°C，生長(zhǎng)時(shí)間為35min，生長(zhǎng)壓力為500Torr，V /III摩爾比為5000，在生長(zhǎng)P型層的過(guò)程中，N2作為載氣；
[0043](7)P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為35nm的ρ型AlGaN層，生長(zhǎng)溫度為1150°C，生長(zhǎng)時(shí)間為12min，生長(zhǎng)壓力為500Torr, V /III摩爾比為13800，Al的組分為25% ；
[0044](8)P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為800nm的ρ型GaN層，生長(zhǎng)溫度為950°C，生長(zhǎng)時(shí)間為30min，生長(zhǎng)壓力為500Torr，V /III摩爾比為4300 ；
[0045](9) P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為20nm的ρ型接觸層，生長(zhǎng)溫度為1050°C，生長(zhǎng)時(shí)間為lOmin，生長(zhǎng)壓力為450Torr，V /III摩爾比為13800 ；
[0046](10) P型變量摻雜層生長(zhǎng)，P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為18nm的變量摻雜層，生長(zhǎng)溫度為650°C，分三個(gè)階段生長(zhǎng)，第一階段:壓力為600Torr，流量為450sCCm/min ;第二階段:壓力為400Torr，流量為260sccm/min ;第三階段:壓力為200Torr，流量為500sccm/min, V /III摩爾比為 13800 ；
[0047](11)外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至700°C，采用純氮?dú)夥諊M(jìn)行退火處理IOmin,隨后降至室溫,外延制程結(jié)束。
[0048]本實(shí)施例中以三甲基鎵(TMGa)，三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMA1 )、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源，以硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑，以單晶硅作為襯底。
[0049]實(shí)施例3
[0050]一種Mg摻雜P型GaN外延生長(zhǎng)方法，其二極管外延片結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次為:襯底、中溫GaN緩沖層、N型GaN層、淺量子阱、復(fù)合量子阱層、P型GaN層、P型AlGaN層、P型GaN層、P型接觸層、P型變量摻雜層，其具體生長(zhǎng)方法為:
[0051](I)將襯底材料在氫氣氣氛里進(jìn)行退火，清潔襯底表面，溫度為1090°C，然后進(jìn)行氮化處理；
[0052](2)中溫緩沖層生長(zhǎng):在襯底氫化處理后結(jié)束后，將襯底溫度升高至680°C，再次行熱退火處理，退火時(shí)間為15min，退火之后，將溫度調(diào)節(jié)至800°C，在V /III摩爾比為800條件下外延生長(zhǎng)厚度為0.9um間的高溫不摻雜GaN，此生長(zhǎng)過(guò)程中，生長(zhǎng)壓力為350Torr ；[0053](3)N型層生長(zhǎng):中溫緩沖層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)一層摻雜濃度穩(wěn)定的N型層，厚度為1.8um，生長(zhǎng)溫度為1100°C，生長(zhǎng)壓力為350Torr，V /III摩爾比為800;
[0054](4)淺量子阱SW生長(zhǎng):由8個(gè)周期的InxGal-XN(0.04〈χ〈0.4)/GaN多量子阱組成，其中阱的厚度為3nm，生長(zhǎng)溫度為800°C，生長(zhǎng)壓力為500Torr，V /III摩爾比為430 ；
[0055](5)復(fù)合量子阱層MQW生長(zhǎng):由10個(gè)周期的InyGal-yN(x〈y〈l)/GaN多量子阱組成，阱中In的組份為40%，阱的厚度為4nm，生長(zhǎng)溫度為750°C，生長(zhǎng)壓力為400Torr，V /III摩爾比為430，壘層厚度為12nm，生長(zhǎng)溫度為880°C，生長(zhǎng)壓力為300Torr，V /III摩爾比為4200 ；
[0056](6) P型層生長(zhǎng):發(fā)光層多量子阱層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為50nm的In摻雜ρ型GaN層，生長(zhǎng)溫度為720°C，生長(zhǎng)時(shí)間為30min，生長(zhǎng)壓力為300Torr，V /III摩爾比為4000，在生長(zhǎng)P型層的過(guò)程中，N2作為載氣；
[0057](7)P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為20nm的ρ型AlGaN層，生長(zhǎng)溫度為1000°C，生長(zhǎng)時(shí)間為lOmin，生長(zhǎng)壓力為300Torr, V / III摩爾比為12800，Al的組分為20% ；
[0058](8)P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為600nm的ρ型GaN層，生長(zhǎng)溫度為900°C，生長(zhǎng)時(shí)間為20min，生長(zhǎng)壓力為300Torr，V /III摩爾比為430 ；
[0059](9) P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為15nm的ρ型接觸層，生長(zhǎng)溫度為950°C，生長(zhǎng)時(shí)間為8min，生長(zhǎng)壓力為350Torr，V /III摩爾比為10800 ；
[0060](10) P型變量摻雜層生長(zhǎng)，P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為15nm的變量摻雜層，生長(zhǎng)溫度為600°C，分三個(gè)階段生長(zhǎng)，第一階段:壓力為580Torr，流量為420sCCm/min ;第二階段:壓力為380Torr，流量為250sccm/min ;第三階段:壓力為180Torr，流量為400sccm/min, V /III摩爾比為 10000 ；
[0061](11)外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至550°C，采用純氮?dú)夥諊M(jìn)行退火處理8min,隨后降至室溫,外延制程結(jié)束。
[0062]本實(shí)施例中以三甲基鎵(TMGa)，三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMA1 )、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源，以硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑，以單晶硅作為襯底。
[0063]本發(fā)明有效改善接觸層后所帶來(lái)的外觀不足，改善了外貌形態(tài)，提高外觀等級(jí)；同時(shí)提聞了結(jié)晶質(zhì)量，對(duì)電壓的降低提供足夠空間；另外、提聞了 Mg的活化性能，提聞了空穴濃度，可以提高至1015-1016cnT3，遷移率達(dá)到10cm2/v.s，摻雜效率達(dá)到3_5%。
[0064]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明的要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種Mg摻雜P型GaN外延生長(zhǎng)方法，其二極管外延片結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次為:襯底、中溫GaN緩沖層、N型GaN層、淺量子阱、復(fù)合量子阱層、P型GaN層、P型AlGaN層、P型GaN層、P型接觸層、P型變量摻雜層，其特征在于:在InGaN/GaN多量子阱發(fā)光層與P型AlGaN之間生長(zhǎng)具有In摻雜的低溫P型氮化鎵層，接下生長(zhǎng)的P型AlGaN層可將In完全析出，大大提高空穴濃度，同時(shí)在P型AlGaN層后低溫生長(zhǎng)P型氮化鎵層，低溫P型氮化鎵層可抑制P型摻雜劑的擴(kuò)散作用，其具體生長(zhǎng)方法為: (1)將襯底材料在氫氣氣氛里進(jìn)行退火，清潔襯底表面，溫度為1040-1180°C，然后進(jìn)行氮化處理； (2)中溫緩沖層生長(zhǎng):在襯底氫化處理后結(jié)束后，將襯底溫度升高至650-850°C，再次行熱退火處理，退火時(shí)間為10-20min，退火之后，將溫度調(diào)節(jié)至750-900°C，在V /III摩爾比為400-2800條件下外延生長(zhǎng)厚度為0.6-1.5um間的高溫不摻雜GaN，此生長(zhǎng)過(guò)程中，生長(zhǎng)壓力為 3OCH5OTorr ； (3)N型層生長(zhǎng):中溫緩沖層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)一層摻雜濃度穩(wěn)定的N型層，厚度為1.2-4.2um,生長(zhǎng)溫度為1000-1200°C，生長(zhǎng)壓力為300_450Torr，V /III摩爾比為400-2800 ； (4)淺量子阱SW生長(zhǎng):由6-12個(gè)周期的InxGal_XN(0.04<x<0.4) /GaN多量子阱組成，其中阱的厚度為2-5nm，生長(zhǎng)溫度為700-900°C，生長(zhǎng)壓力為100_600Torr，V /III摩爾比為350-43000 ； (5)復(fù)合量子阱層MQW生長(zhǎng):由3-15個(gè)周期的InyGal-yN(X〈y〈l)/GaN多量子阱組成，阱中In的組份為10%-50%，阱的厚度為2-5nm，生長(zhǎng)溫度為720_820°C，生長(zhǎng)壓力為100-500Torr, V / III摩爾比為350-4300，壘層厚度為10_15nm，生長(zhǎng)溫度為820_920°C，生長(zhǎng)壓力為 100-500Torr, V /III摩爾比為 350-4300 ； (6)P型層生長(zhǎng):發(fā)光層多量子阱層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為IO-1OOnm的In摻雜ρ型GaN層，生長(zhǎng)溫度為620-820°C，生長(zhǎng)時(shí)間為5_35min，生長(zhǎng)壓力為100-500Torr，V / III摩爾比為300-5000，在生長(zhǎng)P型層的過(guò)程中，N2作為載氣； (7)P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為16-35nm的ρ型AlGaN層，生長(zhǎng)溫度為950-1150°C，生長(zhǎng)時(shí)間為 9-12min，生長(zhǎng)壓力為 150_500Torr，V /III摩爾比為 1480-13800，Al的組分為15%-25% ； (8)P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為100-800nm的ρ型GaN層，生長(zhǎng)溫度為850-950°C，生長(zhǎng)時(shí)間為 5-30min，生長(zhǎng)壓力為 100_500Torr，V /III摩爾比為 350-4300 ； (9)P型層生長(zhǎng):P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為5-20nm的ρ型接觸層，生長(zhǎng)溫度為850-1050°C，生長(zhǎng)時(shí)間為 Ι-lOmin，生長(zhǎng)壓力為 200_450Torr，V /III摩爾比為 1480-13800 ； (10)P型變量摻雜層生長(zhǎng)，P型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為10-18nm的變量摻雜層，生長(zhǎng)溫度為550-650°C，分三個(gè)階段生長(zhǎng)，第一階段:壓力為550-600Torr，流量為400-450sccm/min ;第二階段:壓力為300-400Torr，流量為240-260sccm/min ;第三階段:壓力為150-200Torr,流量為 350_500sccm/min，V / III摩爾比為 1480-13800 ； (11)外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至400-700°C，采用純氮?dú)夥諊M(jìn)行退火處理5-10min,隨后降至室溫,外延制程結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Mg摻雜P型GaN外延生長(zhǎng)方法，其特征在于:所述襯底、中溫GaN緩沖層、N型GaN層、淺量子阱、復(fù)合量子阱層、P型GaN層、P型AlGaN層、P型GaN層、P型接觸層、P型變量摻雜層以三甲基鎵(TMGa)，三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMAl )、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Mg摻雜P型GaN外延生長(zhǎng)方法，其特征在于:所述襯底、中溫GaN緩沖層、N型GaN層、淺量子阱、復(fù)合量子阱層、P型GaN層、P型AlGaN層、P型GaN層、P型接觸層、P型變量摻雜層以硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Mg摻雜P型GaN外延生長(zhǎng)方法，其特征在于:所述襯底為藍(lán)寶石，單晶硅。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103824913SQ201410090720
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】林長(zhǎng)軍 申請(qǐng)人:合肥彩虹藍(lán)光科技有限公司