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一種LED外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法與流程

文檔序號(hào):12681364閱讀:來(lái)源:國(guó)知局

技術(shù)特征:

1.一種LED外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)方法,其特征在于,依次包括:

處理襯底、生長(zhǎng)低溫GaN成核層、生長(zhǎng)高溫GaN緩沖層、生長(zhǎng)非摻雜的u-GaN層、生長(zhǎng)摻雜Si的n-GaN層、生長(zhǎng)多周期量子阱MQW發(fā)光層、生長(zhǎng)P型AlGaN層、生長(zhǎng)低溫P型GaN層/溫度漸變非摻雜GaN層/高溫P型GaN層三段式結(jié)構(gòu)的GaN層、生長(zhǎng)Mg:InGaN/GaN/Si:InGaN接觸層、降溫冷卻,

所述低溫P型GaN層/溫度漸變非摻雜GaN層/高溫P型GaN層三段式結(jié)構(gòu)的GaN層的生長(zhǎng)方法如下:

先進(jìn)行低溫P型GaN層生長(zhǎng),生長(zhǎng)厚度為10nm-100nm,生長(zhǎng)溫度為700℃-800℃,通入TMGa和Cp2Mg作為MO源,Mg摻雜濃度為1E18atoms/cm3-1E21atoms/cm3;

再進(jìn)行溫度漸變非摻雜GaN層生長(zhǎng),該過(guò)程不通入Cp2Mg,生長(zhǎng)厚度為10nm-50nm,生長(zhǎng)溫度為由低溫P型GaN溫度漸變?yōu)楦邷豍型GaN溫度;

最后進(jìn)行高溫P型GaN層生長(zhǎng),生長(zhǎng)厚度為10nm-100nm,生長(zhǎng)溫度為900℃-1000℃,Mg摻雜濃度為1E18atoms/cm3-1E21atoms/cm3;

所述低溫P型GaN層、溫度漸變非摻雜GaN層、高溫P型GaN層的生長(zhǎng)壓力均為100Torr-500Torr。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種LED外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)方法,其特征在于,

所述處理襯底,具體為:

將藍(lán)寶石襯底在H2氣氛里進(jìn)行退火,清潔襯底表面,溫度為1050℃-1150℃;

所述生長(zhǎng)低溫GaN成核層,具體為:

降低溫度至500℃-620℃,保持反應(yīng)腔壓力400Torr-650Torr,通入NH3和TMGa,生長(zhǎng)厚度為20nm-40nm的低溫GaN成核層;

所述生長(zhǎng)高溫GaN緩沖層,具體為:

在所述低溫GaN成核層生長(zhǎng)結(jié)束后,停止通入TMGa,進(jìn)行原位退火處理,將退火溫度升高至1000℃-1100℃,退火時(shí)間為5min-10min;退火完成后,將溫度調(diào)節(jié)至900℃-1050℃,生長(zhǎng)壓力控制為400Torr-650Torr,繼續(xù)通入TMGa,外延生長(zhǎng)厚度為0.2μm-1μm的高溫GaN緩沖層;

所述生長(zhǎng)非摻雜的u-GaN層,具體為:

在所述高溫GaN緩沖層生長(zhǎng)結(jié)束后,升高溫度到1050℃-1200℃,保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr,通入NH3和TMGa,持續(xù)生長(zhǎng)厚度為1μm-3μm的非摻雜u-GaN層;

所述生長(zhǎng)摻雜Si的n-GaN層,具體為:

在所述非摻雜的u-GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后,通入NH3、TMGa和SiH4,先生長(zhǎng)一層摻雜Si濃度穩(wěn)定的n-GaN層,厚度為2um-4um,生長(zhǎng)溫度為1050-℃1200℃,生長(zhǎng)壓力為100Torr-600Torr,其中,Si摻雜濃度為8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3;

所述生長(zhǎng)多周期量子阱MQW發(fā)光層,具體為:

在所述非摻雜的u-GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后,通入TEGa、TMIn和SiH4作為MO源,發(fā)光層多量子阱由5-15個(gè)周期的InyGa1-yN/GaN阱壘結(jié)構(gòu)組成,具體為:

保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr、溫度700℃-800℃,生長(zhǎng)摻雜In的厚度為2nm-5nm的InyGa1-yN量子阱層,y=0.1-0.3;

接著升高溫度至800℃-950℃,保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr,生長(zhǎng)厚度為8nm-15nm的GaN壘層,其中,Si摻雜濃度為8E16atoms/cm3-6E17atoms/cm3,

重復(fù)InyGa1-yN量子阱層的生長(zhǎng),然后重復(fù)GaN壘層的生長(zhǎng),交替生長(zhǎng)InyGa1-yN/GaN發(fā)光層,控制周期數(shù)為5-15個(gè);

所述生長(zhǎng)P型AlGaN層,具體為:

在所述多周期量子阱MQW發(fā)光層生長(zhǎng)結(jié)束后,保持反應(yīng)腔壓力20Torr-200Torr、溫度900℃-1100℃,通入TMAl、TMGa和Cp2Mg作為MO源,持續(xù)生長(zhǎng)厚度為50nm-200nm的P型AlGaN層,生長(zhǎng)時(shí)間為3min-10min,其中Al的摩爾組分為10%-30%,Mg摻雜濃度為1E18atoms/cm3-1E21atoms/cm3。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種LED外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)方法,其特征在于,

所述Mg:InGaN/GaN/Si:InGaN接觸層,具體為:

先生長(zhǎng)P型InGaN層(Mg:InGaN),所用MO源或氣體分別為T(mén)EGa、TMIn和Cp2Mg,In組分為3%-30%,Mg摻雜濃度為1E19atoms/cm3-1E22atoms/cm3,生長(zhǎng)厚度為1nm-10nm;

再生長(zhǎng)GaN層,所用MO源或氣體為T(mén)EGa,生長(zhǎng)厚度為0.5nm-10nm;

最后生長(zhǎng)n型InGaN層(Si:InGaN),所用MO源或氣體分別為T(mén)EGa、TMIn和SiH4,In組分為3%-30%,Si摻雜濃度為1E19atoms/cm3-1E22atoms/cm3,生長(zhǎng)厚度為1nm-10nm;

所述Mg:InGaN/GaN/Si:InGaN接觸層的生長(zhǎng)壓力均為100Torr-500Torr,生長(zhǎng)溫度均為700℃-1000℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種LED外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)方法,其特征在于,

所述降溫冷卻,具體為:

外延生長(zhǎng)結(jié)束后,將反應(yīng)室的溫度降低至650℃-800℃,采用純N2氛圍進(jìn)行退火處理5min-10min,然后將至室溫,結(jié)束生長(zhǎng)。

5.一種LED外延結(jié)構(gòu),其特征在于:在厚度方向上依次包括襯底、低溫GaN成核層、高溫GaN緩沖層、非摻雜的u-GaN層、摻雜Si的n-GaN層、多周期量子阱MQW發(fā)光層、P型AlGaN層、依次生長(zhǎng)的低溫P型GaN層/溫度漸變非摻雜GaN層/高溫P型GaN層三段式結(jié)構(gòu)的GaN層以及依次生長(zhǎng)的Mg:InGaN/GaN/Si:InGaN接觸層。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED外延結(jié)構(gòu),其特征在于:所述低溫GaN成核層的厚度為20nm-40nm、高溫GaN緩沖層的厚度為0.2um-1um、非摻雜的u-GaN層的厚度為1um-3um、摻雜Si的n-GaN層的厚度為2um-4um、多周期量子阱MQW發(fā)光層的厚度為50nm-300nm、P型AlGaN層50nm-200nm、高溫P型GaN層的厚度為100nm-800nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED外延結(jié)構(gòu),其特征在于:所述低溫P型GaN層/溫度漸變非摻雜GaN層/高溫P型GaN層三段式結(jié)構(gòu)的GaN層中,低溫P型GaN層的生長(zhǎng)厚度為10nm-100nm;溫度漸變非摻雜GaN層的生長(zhǎng)厚度為10nm-50nm;高溫P型GaN層的生長(zhǎng)厚度為10nm-100nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED外延結(jié)構(gòu),其特征在于:所述Mg:InGaN/GaN/Si:InGaN接觸層中,P型InGaN層,即Mg:InGaN的生長(zhǎng)厚度為1nm-10nm;GaN層的生長(zhǎng)厚度為0.5nm-10nm;n型InGaN層,即Si:InGaN的生長(zhǎng)厚度為1nm-10nm。

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