一種改善晶體質(zhì)量的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED生產(chǎn)制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改善晶體質(zhì)量的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED,Light Emitting D1de)是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件,其利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光材料，可以直接將電轉(zhuǎn)換為光。當(dāng)半導(dǎo)體PN結(jié)的兩端加上正向電壓后，注入PN結(jié)中的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出顏色為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的光。其中，以氮化鎵(GaN)為代表的II1-V族化合物半導(dǎo)體由于具有帶隙寬、發(fā)光效率高、電子飽和漂移速度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點，在高亮度藍(lán)光發(fā)光二極管、藍(lán)光激光器等光電子器件領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，引起了人們的廣泛關(guān)注。
[0003]目前，以GaN為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體材料的外延生長主要應(yīng)用有機(jī)化學(xué)金屬氣相淀積法(MOCVD)來實現(xiàn)。該方法包括如下步驟:以高純的H2或N2或氫氮混合氣體作為載氣，在壓力為76(T780Torr，在100(Γ1100?高溫處理藍(lán)寶石襯底5?20分鐘；將溫度降至48(T550°C，在藍(lán)寶石襯底上生長厚度為l(T50nm的低溫緩沖氮化鎵層；升高溫度至100(Γ?100?，在低溫緩沖氮化鎵層上持續(xù)生長廣2.5 μ m的不摻雜氮化鎵(UGaN);保持溫度，在不摻雜氮化鎵層上持續(xù)生長2?4 μ m的η型摻Si的氮化鎵層；升高溫度至700°C ^800°C，在η型摻Si的氮化鎵層上生長摻銦的氮化鎵阱層，升高溫度至800°C?1000°C在摻銦的氮化鎵阱層上生長不摻雜氮化鎵壘層，阱層與壘層組成一組量子阱壘，重復(fù)生長一組或多組量子阱壘，形成有源層；在完成有源層的生長后，將溫度升高到95(Tl050°C持續(xù)生長2(T80nm的p型鋁鎵氮層；降低溫度至90(Tl000°C，在P型鋁鎵氮層上持續(xù)生長0.Γ0.5 μ m的摻鎂的p型氮化鎵層；降低溫度至60(T700°C，在摻鎂的P型氮化鎵層上生長5?10nm的低溫?fù)芥V銦鎵氮層；降低溫度60(T75(TC，在氮氣氣氛下，持續(xù)時間1(Γ30分鐘，活化P型鋁鎵氮層。
[0004]然而，這種制備LED外延片的方法成本較高，每生長完一爐外延片就需要更換一些配件，并且外延生長過程中有一定概率的霧化現(xiàn)象，會影響外延片的晶體質(zhì)量及性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法的生產(chǎn)成本低，有效減少霧化現(xiàn)象，提高外延結(jié)構(gòu)的晶體質(zhì)量及性能。
[0006]為了解決本發(fā)明的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種改善晶體質(zhì)量的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括高溫烘焙(pre-bake)生長襯底，在所述生長襯底上外延生長InGaAlN多層結(jié)構(gòu)，所述InGaAlN多層結(jié)構(gòu)從下至上包括N型GaN層、有源層和P型GaN層，該方法還包括在高溫烘焙(pre-bake)生長襯底時通入一段時間的TMGa源，然后繼續(xù)高溫烘焙(pre-bake)生長襯底。
[0007]優(yōu)選地，所述高溫烘焙的溫度為1170°C ^1200°C。
[0008]優(yōu)選地，所述通入TMGa源的時間為I Os?50 S。
[0009]優(yōu)選地，所述TMGa源流量為2(T30sccm。
[0010]優(yōu)選地，所述通入TMGa源時的氣體環(huán)境可以是N2和H2氣氛的一種。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在外延生長GaN基LED外延片時在高溫烘焙(pre-bake )生長襯底時插入一段預(yù)處理(pre-dose)工藝，即在高溫烘焙(pre-bake)生長襯底時通入一段時間的TMGa源，然后繼續(xù)高溫烘焙(pre-bake)生長襯底，在沒有增加工藝復(fù)雜性的情況下對外延生長的襯底及環(huán)境進(jìn)行了改善，在高溫條件下參與對生長襯底機(jī)械物理損傷修復(fù)，在生長襯底外延生長InGaAlN多層結(jié)構(gòu)時起到誘導(dǎo)作用，為外延結(jié)構(gòu)的生長提供一個更好的取向一致性的模板，提高了高溫條件下生長GaN薄膜的結(jié)晶質(zhì)量并且改善均勻性，使得整個LED外延層的結(jié)構(gòu)質(zhì)量更高，結(jié)構(gòu)缺陷的減少使得載流子輻射性復(fù)合幾率增加而提高了亮度，同時降低了反向漏電，電性良率更好，并且有效減少霧化現(xiàn)象，降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明制備方法的步驟；
圖2為本發(fā)明制備的LED外延結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]200為藍(lán)寶石襯底；201為GaN緩沖層；202為非摻雜氮化鎵層；203為N型氮化鎵；204為多量子阱層；205為P型鋁鎵氮；206為P型氮化鎵；207為高摻雜的GaN基電極接觸層。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
一種改善晶體質(zhì)量的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟:
將(0001)晶向的藍(lán)寶石襯底放入MOCVD反應(yīng)室中，然后在H2環(huán)境中升溫至1180°C進(jìn)行高溫烘焙(pre-bake)襯底,穩(wěn)定400s,通入TMGa源,保持TMGa流量為25sccm,時間為30s,繼續(xù)高溫烘焙(pre-dose)襯底170s,降溫至550°C,在600mbar下生長30nm厚的GaN緩沖層，升溫至1150°C生長2.5um厚的非摻雜GaN層，在1150°C生長3um厚的η型GaN層，在N2環(huán)境中生長12個周期的多量子阱層，GaN壘層:厚度為13nm，生長溫度為850°C ;InGaN阱層:厚度為2nm，生長溫度為760V，升溫至1000°C生長60nm厚的p-AlGaN層，在980°C生長160nm厚的p型GaN層，在980°C生長25nm厚的高摻雜p型GaN電極接觸層，降溫至室溫，生長結(jié)束。
[0015]實施例2
一種改善晶體質(zhì)量的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟:
將(0001)晶向的藍(lán)寶石襯底放入反應(yīng)室中，然后在H2環(huán)境中升溫至1200°C，進(jìn)行高溫烘焙(pre-dose)襯底，穩(wěn)定400s，通入TMGa源，保持TMGa流量為30sccm，時間為50s，繼續(xù)高溫烘焙(pre-dose)襯底150s,降溫至550°C,在600mbar下生長1nm厚的GaN緩沖層，升溫至1150°C生長2.5um厚的非摻雜GaN層，在1150°C生長3um厚的η型GaN層，在N2環(huán)境中生長12個周期的多量子阱層，GaN壘層:厚度為13nm，生長溫度為850°C;InGaN阱層:厚度為2nm，生長溫度為760°C，升溫至1000°C生長60nm厚的p-AlGaN層，在980°C生長160nm厚的P型GaN層，在980°C生長25nm厚的高摻雜p型GaN電極接觸層，降溫至室溫，生長結(jié)束。
[0016]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種改善晶體質(zhì)量的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括: 高溫烘焙生長襯底； 在所述生長襯底上外延生長InGaAlN多層結(jié)構(gòu)，所述InGaAlN多層結(jié)構(gòu)從下至上包括N型GaN層、有源層和P型GaN層； 其特征在于，在高溫烘焙生長襯底時通入一段時間的TMGa源，然后繼續(xù)高溫烘焙生長襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善晶體質(zhì)量的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述高溫烘焙的溫度為1170°C?1200°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善晶體質(zhì)量的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述通入TMGa源的時間為1s?50s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善晶體質(zhì)量的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述TMGa源流量為2(T30sccm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善晶體質(zhì)量的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述通入TMGa源時的氣體環(huán)境可以是N2和H2氣氛的一種。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種改善晶體質(zhì)量的GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，在外延生長GaN基LED外延片時在高溫烘焙生長襯底時通入一段時間的TMGa源，然后繼續(xù)高溫烘焙生長襯底，在沒有增加工藝復(fù)雜性的情況下對外延生長的襯底及環(huán)境進(jìn)行了改善，使得整個LED外延層的晶體質(zhì)量更高，亮度更高，電性良率更好，并且有效減少霧化現(xiàn)象，降低生產(chǎn)成本。
【IPC分類】H01L33-00, H01L33-12, H01L33-06
【公開號】CN104752568
【申請?zhí)枴緾N201310730036
【發(fā)明人】向君, 余小明, 陳振
【申請人】晶能光電（江西）有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月26日