本發(fā)明屬于LED芯片外延生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備高性能InGaN/AlGaN MQW紫光LED的方法。

背景技術(shù)：

InGaN基紫及紫外光LED在氮化物白光LED照明燈，采用紫及紫外光LED激發(fā)紅綠藍(lán)熒光粉等方面有著廣泛的應(yīng)用。目前，主要采用ELO技術(shù)和LEPS技術(shù)制備，已成功研制出紫及紫外光LED。然而這些方法制備成本較高，而且耗費(fèi)時(shí)間，一般方法制備的紫外光LED性能較差，限制了其在高性能探測(cè)器以及激光器等方面的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種制備高性能InGaN/AlGaN MQW紫光LED的方法，利用LP MOCVD系統(tǒng)生長(zhǎng)特定結(jié)構(gòu)的InGaN/AlGaN MQW紫光LED外延片，具有制備成本低、節(jié)約時(shí)間且制備的紫外光LED性能好，推進(jìn)了紫光LED外延的產(chǎn)業(yè)化。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種制備InGaN/AlGaN MQW紫光LED的方法，包括如下步驟：

S1：在1070～1090℃溫度下、壓力為150torr通N₂烘烤20～30min，氮化藍(lán)寶石、SiC或Si襯底；

S2：將步驟S1氮化后的藍(lán)寶石、SiC或Si襯底降溫至515～535℃、壓力為800torr，然后在襯底上生長(zhǎng)厚度為15～50nm的GaN緩沖層，隨后升溫至1030～1050℃、壓力為400torr使GaN緩沖層重新結(jié)晶，再生長(zhǎng)1.8～2.5um的u-GaN成核層；

S3：升溫至1070-1090℃、壓力為200torr先生長(zhǎng)低Si摻雜的n-GaN層，厚度為20～100nm，再生長(zhǎng)高Si摻雜的n+GaN層，厚度為1～1.2um；

S4：在n+GaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)n-AlGaN層，厚度為80～120nm；

S5：在n-AlGaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)Si摻雜的n+GaN層，厚度為1～1.2um，隨后生長(zhǎng)不摻Si的nGaN層100～200nm；

S6：在阱的生長(zhǎng)溫度740～760℃，壘的生長(zhǎng)溫度為820-840℃、壓力為200torr下生長(zhǎng)10～20個(gè)周期的不摻雜Al的InGaN/GaN超晶格，再生長(zhǎng)8個(gè)周期Al摻雜的InGaN/AlGaN；

S7：升溫至960～980℃，壓力為150torr生長(zhǎng)PAlGaN層，厚度為1～200nm；

S8：降溫至920～940℃，壓力為150torr生長(zhǎng)Mg摻雜的P+GaN層，厚度為0.1～0.2um；

S9：在步驟S8的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)高M(jìn)g摻雜的P++GaN層，厚度為5～20nm，然后降溫至710～730℃進(jìn)行退火30～60min，之后隨爐冷卻。

優(yōu)選的，步驟S6中，所述生長(zhǎng)10～20個(gè)周期厚度為80～120nm的不摻雜Al的InGaN/GaN超晶格具體為：

先生長(zhǎng)30～40nm的GaN-cap層，再生長(zhǎng)5～15nm的barrierGaN層，最后生長(zhǎng)1.5～5nm的InGaN阱層。

優(yōu)選的，所述生長(zhǎng)8個(gè)周期厚度為100～150nm的Al摻雜的InGaN/AlGaN具體為：

先生長(zhǎng)5～15nm的barrierInGaN層；再生長(zhǎng)1.5～5nm的AlGaN阱層；最后生長(zhǎng)30～40nm的GaN-cap層。

優(yōu)選的，分別以藍(lán)氨、高純?nèi)谆?TMIn)以及高純?nèi)谆?TMGa)為N、In、Ga源，以SiH₄和Cp₂Mg作為n和p型摻雜劑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

本發(fā)明方法直接在襯底藍(lán)寶石、SiC、Si等上生長(zhǎng)特定結(jié)構(gòu)的InGaN/AlGaN MQW紫光 LED外延片，可以通過精確控制氣態(tài)源的流量和通斷時(shí)間來控制外延層的組分、摻雜濃度、厚度等，生長(zhǎng)速率調(diào)節(jié)范圍較廣，較快的生長(zhǎng)速率能夠適用于批量生長(zhǎng)且制備成本低。

進(jìn)一步的，采用低應(yīng)力外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在襯底和外延層之間插入緩沖層，有效減小外延層與襯底之間的適配度，同時(shí)對(duì)外延結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)一步釋放外延層應(yīng)力，翹曲度小于250km-1，低位錯(cuò)密度外延，通過預(yù)成核方法，在外延生長(zhǎng)之前于襯底上形成晶體質(zhì)量較好晶核，提供后續(xù)外延高質(zhì)量生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，位錯(cuò)密度低于5E108/cm2。

通過Al摻雜壘有效提高InGaN/AlGaN MQW紫光LED發(fā)光效率和各項(xiàng)性能，室溫光致發(fā)光譜的峰值波長(zhǎng)為380-400nm之間，XRD測(cè)試半高寬FWHM為17.34nm波長(zhǎng)均勻性良好。制成的LED管芯，正向電流20mA時(shí)，工作電壓在3.4V以下，反向電壓Vz大于18V，亮度大于4mcd，漏電流小于0.05mA，封裝測(cè)試功率為大于10mW。

綜上所述，采用低應(yīng)力緩沖層技術(shù)提高襯底轉(zhuǎn)移良品率，氮化鎵材料、藍(lán)寶石襯底以及鍵合襯底之間若存在嚴(yán)重應(yīng)力不匹配狀況，會(huì)導(dǎo)致襯底轉(zhuǎn)移良率降低，低應(yīng)力緩沖層技術(shù)可以良好的釋放襯底與外延層之間應(yīng)力。

下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【附圖說明】

圖1是InGaN/AlGaN MQW紫光LED外延層結(jié)構(gòu)圖；

圖2為生長(zhǎng)InGaN/AlGaN MQW紫光LED外延的XRD圖。

【具體實(shí)施方式】

本發(fā)明公開了一種制備高性能InGaN/AlGaN MQW紫光LED的方法，分別以藍(lán)氨、高純?nèi)谆?TMIn)以及高純?nèi)谆?TMGa)為N、In、Ga源,分別以SiH₄和Cp2Mg作為n和p型摻雜劑，包括如下步驟：

步驟1：在1070-1090℃溫度下、壓力為150torr下通N₂烘烤10-30min，氮化藍(lán)寶石、SiC 或Si襯底；

步驟2：將步驟1氮化后的藍(lán)寶石、SiC或Si襯底降溫至515-535℃、壓力為800torr，然后在襯底上生長(zhǎng)厚度為15-50nm的GaN緩沖層，隨后升溫至1030-1050℃、壓力為400torr使GaN緩沖層重新結(jié)晶，再生長(zhǎng)1.8-2.5um的u GaN成核層，原料為TMGa和NH₃，所述TMGa的體積流量為200sccm，所述NH₃的體積流量為35000sccm；

步驟3：升溫至1070-1090℃、壓力為200torr先生長(zhǎng)低Si摻雜的n-GaN層，厚度為20-100nm，再生長(zhǎng)高Si摻雜的n+GaN層，厚度為1～1.2um；原料為TMGa、SiH₄和NH₃，所述TMGa的體積流量為340sccm，所述SiH₄的體積流量為3～6.5sccm，所述NH₃的體積流量為35000sccm；

步驟4：在n+GaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)n-AlGaN層，厚度為80～120nm，原料為TMGa、SiH₄、NH₃和TMAl，所述TMGa的體積流量為340sccm，所述NH₃的體積流量為3～6.5sccm，所述TMAl的體積流量為100sccm；所述SiH₄的體積流量為3～6.5sccm；

步驟5：在n-AlGaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)Si摻雜的n+GaN層，厚度為1～1.2um，隨后生長(zhǎng)不摻Si的nGaN層100～200nm，原料為TMGa、SiH₄和NH₃，所述TMGa的體積流量為340sccm，所述SiH₄的體積流量為3～6.5sccm，所述NH₃的體積流量為35000sccm；

步驟6：在阱的生長(zhǎng)溫度740～760℃,壘的生長(zhǎng)溫度為820～840℃、壓力為200torr先下生長(zhǎng)10～20個(gè)周期厚度為80～120nm的不摻雜Al的InGaN/GaN超晶格，具體為：

先生長(zhǎng)30～40nm的GaN-cap層，原料為TMGa、SiH₄和NH₃，所述TMGa的體積流量為340sccm，所述SiH₄的體積流量為0.5sccm，所述NH₃的體積流量為36000sccm；

再生長(zhǎng)5～15nm的barrierGaN層，原料為TEGa、SiH₄和NH₃，所述TEGa的體積流量為450sccm，所述SiH₄的體積流量為0.5sccm，所述NH₃的體積流量為36000sccm；

最后生長(zhǎng)1.5～5nm的InGaN阱層，原料為TEGa、TMIn和NH₃，所述TEGa的體積流量 為450sccm，所述TMIn的體積流量為570sccm，所述NH₃的體積流量為36000sccm；

再生長(zhǎng)8個(gè)周期厚度為100～150nm的Al摻雜的InGaN/AlGaN，具體為：

先生長(zhǎng)5～15nm的barrierInGaN層，原料為TEGa、TMIn、SiH₄和NH₃，所述TEGa的體積流量為450sccm，所述TMIn的體積流量為570sccm，所述SiH₄的體積流量為0.5sccm，所述NH₃的體積流量為36000sccm；

再生長(zhǎng)1.5～5nm的AlGaN阱層，原料為TEGa、TMAl和NH₃，所述TEGa的體積流量為450sccm，所述TMAl的體積流量為100sccm，所述NH₃的體積流量為36000sccm；

最后生長(zhǎng)30～40nm的GaN-cap層，原料為TMGa、SiH₄和NH₃，所述TMGa的體積流量為38sccm，所述SiH₄的體積流量為0.5sccm，所述NH₃的體積流量為36000sccm；

步驟7：升溫至960～980℃，壓力為150torr生長(zhǎng)PAlGaN層，厚度為1～200nm,原料為TMGa、TMAl、Cp₂Mg和NH₃，所述TMGa的體積流量為38sccm，所述TMAl的體積流量為100sccm，所述Cp₂Mg的體積流量為1800sccm，所述NH₃的體積流量為30000sccm；

步驟8：降溫至920～940℃，壓力為150torr生長(zhǎng)Mg摻雜的P+GaN層，厚度為0.1～0.2um，原料為TMGa、Cp₂Mg和NH₃，所述TMGa的體積流量為38sccm，所述Cp₂Mg的體積流量為1600sccm，所述NH₃的體積流量為30000sccm；

步驟9：在步驟8的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)高M(jìn)g摻雜的P++G aN層，厚度為5～20nm，原料為TMGa、Cp₂Mg和NH₃，然后降溫至710～730℃進(jìn)行退火30～60min，之后隨爐冷卻，所述TMGa的體積流量為38sccm，所述Cp₂Mg的體積流量為1600sccm，所述NH₃的體積流量為30000sccm。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例一種制備高性能InGaN/AlGaN MQW紫光LED的方法，分別以藍(lán)氨、純度為99.9999％三甲基銦(TMIn)以及純度為99.9999％三甲基鎵(TMGa)為N、In、Ga源,分別以SiH₄和Cp2Mg作為n和p型摻雜劑，包括如下步驟：

步驟1：在1070℃溫度下、壓力為150torr下通N₂烘烤20min，氮化藍(lán)寶石襯底；

步驟2：將步驟1氮化后的藍(lán)寶石襯底降溫至515℃、壓力為800torr，然后在襯底上生長(zhǎng)厚度為15nm的GaN緩沖層，隨后升溫至1030℃、壓力為400torr使GaN緩沖層重新結(jié)晶，再生長(zhǎng)1.8um的u-GaN成核層，原料為TMGa和NH₃；

步驟3：升溫至1070℃、壓力為200torr先生長(zhǎng)低Si摻雜的n-GaN層，厚度為20nm，再生長(zhǎng)高Si摻雜的n+GaN層，厚度為1um；原料為TMGa、SiH₄和NH₃；

步驟4：在n+GaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)n-AlGaN層，厚度為80nm，原料為TMGa、NH₃和TMAl；

步驟5：在n-AlGaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)Si摻雜的n+GaN層，厚度為1um，隨后生長(zhǎng)不摻Si的nGaN層100nm，原料為TMGa、SiH₄和NH₃；

步驟6：在阱的生長(zhǎng)溫度740℃,壘的生長(zhǎng)溫度為820℃、壓力為200torr下生長(zhǎng)10個(gè)周期厚度為80nm的的不摻雜Al的InGaN/GaN超晶格，具體為：

先生長(zhǎng)30nm的GaN cap層，原料為TMGa、SiH₄和NH₃，

再生長(zhǎng)5nm的barrierGaN層，原料為TEGa、SiH₄和NH₃，

最后生長(zhǎng)1.5nm的InGaN阱層，原料為TEGa、TMIn和NH₃；

再生長(zhǎng)8個(gè)周期厚度為100nmAl摻雜的InGaN/AlGaN，具體為：

先生長(zhǎng)5nm的barrierInGaN層，原料為TEGa、TMIn、SiH₄和NH₃，

再生長(zhǎng)1.5nmAlGaN阱層，原料為TEGa、TMIn和NH₃，

最后生長(zhǎng)30nm的GaN-cap層，原料為TMGa、SiH₄和NH₃；

MQWS是量子阱的簡(jiǎn)寫，包括超晶格SL、和深量子阱QW、和量子壘QB。

步驟7：升溫至960℃，壓力為150torr生長(zhǎng)PAlGaN層，厚度為1nm,原料為TMGa、TMAl、Cp2Mg和NH₃；

步驟8：降溫至920℃，壓力為150torr生長(zhǎng)Mg摻雜的P+G aN層，厚度為0.1um，原料 為TMGa、Cp2Mg和NH₃；

步驟9：在步驟8的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)高M(jìn)g摻雜的P++G aN層，厚度為5nm，原料為TMGa、Cp2Mg和NH₃；然后降溫至710℃進(jìn)行退火30min，之后隨爐冷卻。

實(shí)施例2

如圖1所示，本實(shí)施例一種制備高性能InGaN/AlGaN MQW紫光LED的方法，分別以藍(lán)氨、純度為99.9999％三甲基銦(TMIn)以及純度為99.99999％三甲基鎵(TMGa)為N、In、Ga源,分別以SiH₄和Cp2Mg作為n和p型摻雜劑，包括如下步驟：

步驟1：在1080℃溫度下、壓力為150torr下通N₂烘烤25min，氮化SiC襯底；

步驟2：將步驟1氮化后的SiC襯底降溫至525℃、壓力為800torr，然后在襯底上生長(zhǎng)厚度為30nm的GaN緩沖層，隨后升溫至1040℃、壓力為400torr使GaN緩沖層重新結(jié)晶，再生長(zhǎng)2.1um的u-GaN成核層，原料為TMGa和NH₃；

步驟3：升溫至1080℃、壓力為200torr先生長(zhǎng)低Si摻雜的n-GaN層，厚度為60nm，再生長(zhǎng)高Si摻雜的n+GaN層，厚度為1.1um；原料為TMGa、SiH₄和NH₃；

步驟4：在n+GaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)n-AlGaN層，厚度為100nm，原料為TMGa、NH₃和TMAl；

步驟5：在n-AlGaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)Si摻雜的n+GaN層，厚度為1.1um，隨后生長(zhǎng)不摻Si的nGaN層150nm，原料為TMGa、SiH₄和NH₃；

步驟6：在阱的生長(zhǎng)溫度750℃,壘的生長(zhǎng)溫度為830℃、壓力為200torr下生長(zhǎng)15個(gè)周期厚度為100nm的的不摻雜Al的InGaN/GaN超晶格，具體為：

先生長(zhǎng)35nm的GaN cap層，原料為TMGa、SiH₄和NH₃，

再生長(zhǎng)10nm的barrierGaN層，原料為TEGa、SiH₄和NH₃，

最后生長(zhǎng)3nm的InGaN阱層，原料為TEGa、TMIn和NH₃；

再生長(zhǎng)8個(gè)周期厚度為130nm的Al摻雜的InGaN/AlGaN，具體為：

先生長(zhǎng)10nm的barrierInGaN層，原料為TEGa、TMIn、SiH₄和NH₃，

再生長(zhǎng)3nm的AlGaN阱層，原料為TEGa、TMIn和NH₃，

最后生長(zhǎng)35nm的GaN-cap層，原料為TMGa、SiH₄和NH₃；

MQWS是量子阱的簡(jiǎn)寫，包括超晶格SL、和深量子阱QW、和量子壘QB。

步驟7：升溫至970℃，壓力為150torr生長(zhǎng)PAlGaN層，厚度為100nm,原料為TMGa、TMAl、Cp2Mg和NH₃；

步驟8：降溫至930℃，壓力為150torr生長(zhǎng)Mg摻雜的P+GaN層，厚度為0.15um，原料為TMGa、Cp2Mg和NH₃；

步驟9：在步驟8的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)高M(jìn)g摻雜的P++G aN層，厚度為15nm，原料為TMGa、Cp2Mg和NH₃；然后降溫至720℃進(jìn)行退火45min，之后隨爐冷卻。

實(shí)施例3

如圖1所示，本實(shí)施例一種制備高性能InGaN/AlGaN MQW紫光LED的方法，分別以藍(lán)氨、純度為99.9999％三甲基銦(TMIn)以及純度為99.9999％三甲基鎵(TMGa)為N、In、Ga源,分別以SiH₄和Cp2Mg作為n和p型摻雜劑，包括如下步驟：

步驟1：在1090℃溫度下、壓力為150torr下通N₂烘烤30min，氮化Si襯底；

步驟2：將步驟1氮化后的Si襯底降溫至535℃、壓力為800torr，然后在襯底上生長(zhǎng)厚度50nm的GaN緩沖層，隨后升溫至1050℃、壓力為400torr使GaN緩沖層重新結(jié)晶，再生長(zhǎng)2.5um的u-GaN成核層，原料為TMGa和NH₃；

步驟3：升溫至1090℃、壓力為200torr先生長(zhǎng)低Si摻雜的n-GaN層，厚度為100nm，再生長(zhǎng)高Si摻雜的n+GaN層，厚度為1.2um；原料為TMGa、SiH₄和NH₃；

步驟4：在n+GaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)n-AlGaN層，厚度為120nm，原料為TMGa、NH₃和TMAl；

步驟5：在n-AlGaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)Si摻雜的n+GaN層，厚度為1.2um，隨后生長(zhǎng)不摻 Si的nGaN層200nm，原料為TMGa、SiH₄和NH₃；

步驟6：在阱的生長(zhǎng)溫度760℃,壘的生長(zhǎng)溫度為840℃、壓力為200torr下生長(zhǎng)20個(gè)周期厚度為120nm的不摻雜Al的InGaN/GaN超晶格，具體為：

先生長(zhǎng)40nm的GaN cap層，原料為TMGa、SiH₄和NH₃，

再生長(zhǎng)15nm的barrierGaN層，原料為TEGa、SiH₄和NH₃，

最后生長(zhǎng)5nm的InGaN阱層，原料為TEGa、TMIn和NH₃；

再生長(zhǎng)8個(gè)周期厚度為150nm的Al摻雜的InGaN/AlGaN，具體為：

先生長(zhǎng)15nm的barrierInGaN層，原料為TEGa、TMIn、SiH₄和NH₃，

再生長(zhǎng)5nm的AlGaN阱層，原料為TEGa、TMIn和NH₃，

最后生長(zhǎng)40nm的GaN-cap層，原料為TMGa、SiH₄和NH₃；

MQWS是量子阱的簡(jiǎn)寫，包括超晶格SL、和深量子阱QW、和量子壘QB。

步驟7：升溫至980℃，壓力為150torr生長(zhǎng)PAlGaN層，厚度為200nm,原料為TMGa、TMAl、Cp2Mg和NH₃；

步驟8：降溫至940℃，壓力為150torr生長(zhǎng)Mg摻雜的P+GaN層，厚度為0.2um，原料為TMGa、Cp2Mg和NH₃；

步驟9：在步驟8的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)高M(jìn)g摻雜的P++G aN層，厚度為20nm，原料為TMGa、Cp2Mg和NH₃；然后降溫至730℃進(jìn)行退火60min，之后隨爐冷卻。

如圖2所示，InGaN/AlGaN MQW紫光LED外延片的(0002)X射線衍射譜，從圖中可以看出生長(zhǎng)物明顯有InGaN的峰。采用此方法制備的紫光LED芯片，其ESD抗靜電能力良率較傳統(tǒng)的紫光外延片在相同工藝條件下制作的芯片在相同擊穿電壓下提升了10％；較傳統(tǒng)的LED外延片在相同工藝條件下制成的芯片的光效提升了25％-30％。

以上內(nèi)容僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明 提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。