一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法

2023-05-07 21:44:11

一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法
【專利摘要】本發明提供一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法,其生長方法包括以下步驟：襯底在高溫的氫氣環境下處理完成後，AlGaN層生長結束後，停止通入三甲基鋁（TMAl），在其他生長條件不變的情況下生長一層非摻雜GaN層，非摻雜GaN層生長結束後，停止通入TMGa，PN2環境下退火，生長一層摻雜In的GaN層，InGaN層結束後，停止通入TMIn，生長一層Al組分逐漸降低的AlGaN層，Al組分逐漸降低的AlGaN層結束後，停止通入所有MO源，再在PN2環境下退火；本發明通過在藍寶石襯底上生複合成核層以及插入適當的高溫退火步驟，可以減少氮化鎵與藍寶石襯底之間形成的高密度的位錯，進而降低了穿透位錯對量子阱有源區的破壞，從而提高了氮化鎵基LED的內量子效率和發光效率。
【專利說明】一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及III族氮化物材料製備【技術領域】，具體為一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法。
【背景技術】
[0002]LED是英文Light Emitting Diode (發光二極體)的縮寫，它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料，置於一個有引線的架子上，然後四周用環氧樹脂密封，起到保護內部芯線的作用，所以LED的抗震性能好，可以直接將電轉換為光。當它處於正向工作狀態時(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。
[0003]GaN是極穩定的化合物和堅硬的高熔點材料，也是直接躍遷的寬帶隙半導體材料，不僅具有良好的物理和化學性質，而且具有電子飽和速率高、熱導率好、禁帶寬度大、介電常數小和強的抗輻照能力等特點，可用來製備穩定性好、壽命長、耐腐蝕和耐高溫的大功率器件，目前廣泛應用於光電子、藍綠光LED、高溫大功率器件和高頻微波器件等光電器件。
[0004]GaN外延層和藍寶石襯底之間存在大的晶格失配，在量子阱下面GaN層和藍寶石襯底之間形成高密度的穿透位錯(螺旋、刃型和混合位錯)，穿透位錯能夠沿著c軸生長方向到達量子阱有源區，並在有源區即穿透位錯末端形成V型缺陷，破壞InGaN/GaN量子阱界面，進而影響量子阱發光特性。因此，為了減少穿透位錯到達量子阱有源區的數量，降低有源區V型缺陷密度，有必要提供一種新的成核層結構，來克服上述缺點，提高晶體質量。

【發明內容】

[0005]本發明所解決的技術問題在於提供一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法，以解決上述【背景技術】中的問題。
[0006]本發明所解決的技術問題採用以下技術方案來實現:一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法，其複合成核層外延結構從下向上的順序依次包括:襯底、低溫複合成核層、GaN非摻雜層、N型摻雜GaN層、淺阱層、多量子阱有源層、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫P型GaN層、P型接觸層，其生長方法具體包括以下步驟:
[0007](I)將襯底在1100-120(TC氫氣氣氛裡進行高溫清潔處理5_20min，然後進行氮化處理；
[0008](2)襯底在高溫的氫氣環境下處理完成後，降溫生長AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN複合成核層，所述的複合成核層生長分為六步:[I]將溫度下降到500-65(TC，生長厚度為3-8nm, Al組分逐漸升高的AlGaN層，Al組分增加至30%，生長壓力為400_600Torr，V / III比為200-2500 ;[2]A1組分逐漸升高的AlGaN層生長結束後，停止通入三甲基鋁(TMA1)，在其他生長條件不變的情況下生長一層非摻雜GaN層，厚度為3-8nm ； [3]非摻雜GaN層生長結束後，停止通入TMGa，PN2環境下退火，退火溫度為800-1000°C，退火時間為3_6min ；
[4]PN2環境下退火結束後，生長一層摻雜In的GaN層，生長溫度為600-800°C，生長壓力為400-600Torr，V / III比為200-3000 ； [5] InGaN層結束後，停止通入TMIn，生長溫度降至500-650°C，生長一層Al組分逐漸降低的AlGaN層，Al組分由30%逐漸降至O，生長壓力為400-600Torr, V /III比為200-2500 ； [6]Al組分逐漸降低的AlGaN層結束後，停止通入所有MO源，再在PN2環境下退火，退火溫度為900-1100°C，退火時間為3_8min ；
[0009](3)低溫複合成核層最後一步退火結束後，將溫度調節至1000-1200°C，生長一層外延生長厚度為1-2 μ m的GaN非摻雜層，生長壓力為100_500Torr，V / III比為300-3500 ；
[0010](4) GaN非摻雜層生長結束後，生長一層Si摻雜濃度穩定的N型GaN層，厚度為2-4 μ m，生長溫度為 950-1150°C，生長壓力為 300_500Torr，V /III比為 300-2500 ；
[0011](5) N型GaN層生長結束後，生長淺阱層，淺阱包括5_20個依次交疊的量子講結構，所述量子講結構由InxGal-xN(0〈x〈0.1)勢講層和GaN勢魚層依次生長而成，所述InxGal-xN勢阱層的生長溫度為750-850°C，生長壓力為100_500Torr，V / III比為500-10000，厚度為l_3nm;所述GaN勢壘層的生長溫度為850-950°C，生長壓力為100-500Torr, V /III比為 500-10000，厚度為 10_30nm ；
[0012](6)淺阱層生長結束後，生長多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括6-15個阱壘依次交疊的量子阱結構，所述量子阱結構由InyGal-yN (0.2<x<0.5)勢阱層和η型摻雜GaN勢壘層依次生長而成。所述InyGal-yN勢阱層的生長溫度為700-800°C，生長壓力為100-500Torr之間，V / III比為2000-20000，厚度為2_5nm ;所述GaN勢壘層的生長溫度為850-950°C，生長壓力為 100-500Torr，V /III比為 2000-20000，厚度為 5_15nm ；
[0013](7)所述多量子阱有源層生長結束後，生長厚度為50_150nm的低溫P型GaN層，生長溫度在650-800°C之間，生長時間為3-20min，壓力在100_500Torr之間，V /III比為500-3500 ；
[0014](8)所述低溫P型GaN層生長結束後，生長厚度為50_150nm的P型AlGaN層，生長溫度為900-1000°C之間，生長時間為2-10min，生長壓力為50_300Torr，V / III比為500-10000, P型AlGaN層中Al的摩爾組分含量為5%_20% ；
[0015](9)所述P型AlGaN層生長結束後，生長厚度為50_300nm的高溫P型GaN層，生長溫度為900-1000°C，生長時間為10-25min，生長壓力為100_500Torr，V /III比為500-3500 ；
[0016](10)所述高溫P型GaN層生長結束後，生長厚度在5_10nm之間的P型接觸層，生長溫度為650-850°C之間，生長時間為0.5-5min，壓力為100_500Torr，V / III比為10000-20000 ；
[0017](11)外延生長結束後，將反應室的溫度降至600-900°C之間，在PN2氣氛進行退火處理10-30min，而後逐漸降至室溫，隨後，經過清洗、沉積、光刻和刻蝕後續加工工藝製成單顆小尺寸晶片。
[0018]所述外延結構的生長過程中以三甲基鎵(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。
[0019]所述外延結構的生長過程中以矽烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
[0020]所述外延結構的生長過程中以氮氣(N2)或氫氣(H2)作為載氣。
[0021]與已公開技術相比，本發明存在以下優點:本發明通過在藍寶石襯底上生長AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN複合成核層以及插入適當的高溫退火步驟,一方面，可以減少氮化鎵與藍寶石襯底之間形成的高密度的位錯，進而降低了穿透位錯對量子阱有源區的破壞，從而提高了氮化鎵基LED的內量子效率和發光效率；另一方面，此種複合成核層晶體與藍寶石襯底匹配度相對較高，晶體質量較好，提高了氮化鎵基LED的抗靜電能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的低溫複合成核層生長示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發明的技術手段、創作特徵、工作流程、使用方法達成目的與功效易於明白了解，下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0024]實施例1
[0025]一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法，其複合成核層外延結構從下向上的順序依次包括:襯底、低溫複合成核層、GaN非摻雜層、N型摻雜GaN層、淺阱層、多量子阱有源層、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫P型GaN層、P型接觸層，其生長方法具體包括以下步驟:
[0026](I)將襯底在1100°C氫氣氣氛裡進行高溫清潔處理5min，然後進行氮化處理；
[0027](2)襯底在高溫的氫氣環境下處理完成後，降溫生長AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN複合成核層，所述的複合成核層生長分為六步:[I]將溫度下降到500°C，生長厚度為3nm，Al組分逐漸升高的AlGaN層，Al`組分增加至30%，生長壓力為400Torr，V / III比為200 ； [2] Al組分逐漸升高的AlGaN層生長結束後，停止通入三甲基鋁(TMA1)，在其他生長條件不變的情況下生長一層非摻雜GaN層，厚度為3nm;[3]非摻雜GaN層生長結束後，停止通入TMGa，PN2環境下退火，退火溫度為800°C，退火時間為3min ； [4]PN2環境下退火結束後，生長一層摻雜In的GaN層，生長溫度為600°C，生長壓力為400Torr，V / III比為200 ； [5] InGaN層結束後，停止通入TMIn，生長溫度降至500°C，生長一層Al組分逐漸降低的AlGaN層，Al組分由30%逐漸降至0，生長壓力為400Torr，V / III比為200 ； [6] Al組分逐漸降低的AlGaN層結束後，停止通入所有MO源，再在PN2環境下退火，退火溫度為900°C，退火時間為3min ；
[0028](3)低溫複合成核層最後一步退火結束後，將溫度調節至ΙΟΟΟ?，生長一層外延生長厚度為I μ m的GaN非摻雜層，生長壓力為IOOTorr, V / III比為300 ；
[0029](4) GaN非摻雜層生長結束後，生長一層Si摻雜濃度穩定的N型GaN層，厚度為
2μ m，生長溫度為950°C，生長壓力為300Torr，V /III比為300 ；
[0030](5)N型GaN層生長結束後，生長淺阱層，淺阱包括5個依次交疊的量子阱結構，所述量子講結構由InxGal_xN(0〈x〈0.1)勢講層和GaN勢魚層依次生長而成。所述InxGal-xN勢阱層的生長溫度為750°C，生長壓力為lOOTorr，V / III比為500，厚度為Inm;所述GaN勢壘層的生長溫度為850°C，生長壓力為lOOTorr，V /III比為500-10000，厚度為IOnm ；
[0031](6)淺阱層生長結束後，生長多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括6個阱壘依次交疊的量子阱結構，所述量子阱結構由InyGal-yN(0.2<x<0.5)勢阱層和η型摻雜GaN勢壘層依次生長而成。所述InyGal-yN勢阱層的生長溫度為700°C，生長壓力為IOOTorr之間，V /III比為2000，厚度為2nm ;所述GaN勢壘層的生長溫度為850°C，生長壓力為IOOTorr, V / III比為 2000，厚度為 5nm ；
[0032](7)所述多量子阱有源層生長結束後，生長厚度為50nm的低溫P型GaN層，生長溫度在650°C之間，生長時間為3min，壓力在IOOTorr之間，V /III比為500 ；
[0033](8)所述低溫P型GaN層生長結束後，生長厚度為50nm的P型AlGaN層，生長溫度為900°C之間，生長時間為2min，生長壓力為50Torr，V /III比為500，P型AlGaN層中Al的摩爾組分含量為5% ；
[0034](9)所述P型AlGaN層生長結束後，生長厚度為50nm的高溫P型GaN層，生長溫度為900°C，生長時間為lOmin，生長壓力為IOOTorr, V /III比為500 ；
[0035](10)所述高溫P型GaN層生長結束後，生長厚度在5nm之間的P型接觸層，生長溫度為650°C之間，生長時間為0.5min，壓力為IOOTorr, V /III比為10000 ；
[0036](11)外延生長結束後，將反應室的溫度降至600°C之間，在PN2氣氛進行退火處理lOmin，而後逐漸降至室溫，隨後，經過清洗、沉積、光刻和刻蝕後續加工工藝製成單顆小尺寸晶片。
[0037]本實施例以三甲基鎵(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；以矽烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑；以氮氣(N2)作為載氣。
[0038]實施例2
[0039]一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法，其複合成核層外延結構從下向上的順序依次包括:襯底、低溫複合成核層、GaN非摻雜層、N型摻雜GaN層、淺阱層、多量子阱有源層、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫P型GaN層、P型接觸層，其生長方法具體包括以下步驟:
[0040](I)將襯底在1200°C氫氣氣氛裡進行高溫清潔處理20min，然後進行氮化處理；
[0041](2)襯底在高溫的氫氣環境下處理完成後，降溫生長AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN複合成核層，所述的複合成核層生長分為六步:[I]將溫度下降到650°C，生長厚度為8nm，Al組分逐漸升高的AlGaN層，Al組分增加至30%，生長壓力為600Torr，V / III比為2500 ； [2]Al組分逐漸升高的AlGaN層生長結束後，停止通入三甲基鋁(TMA1)，在其他生長條件不變的情況下生長一層非摻雜GaN層，厚度為Snm ； [3]非摻雜GaN層生長結束後，停止通入TMGa, PN2環境下退火，退火溫度為1000°C，退火時間為6min ;[4]PN2環境下退火結束後，生長一層摻雜In的GaN層，生長溫度為800°C，生長壓力為600Torr，V /III比為3000 ; [5]InGaN層結束後，停止通入TMIn，生長溫度降至650°C，生長一層Al組分逐漸降低的AlGaN層，Al組分由30%逐漸降至O，生長壓力為600Torr，V /III比為2500 ; [6] Al組分逐漸降低的AlGaN層結束後，停止通入所有MO源，再在PN2環境下退火，退火溫度為1100°C，退火時間為8min ；
[0042](3)低溫複合成核層最後一步退火結束後，將溫度調節至1000-120(TC，生長一層外延生長厚度為1-2 μ m的GaN非摻雜層，生長壓力為100_500Torr，V / III比為300-3500 ；
[0043](4) GaN非摻雜層生長結束後，生長一層Si摻雜濃度穩定的N型GaN層，厚度為4μ m，生長溫度為1150°C，生長壓力為500Torr，V /III比為2500 ；
[0044](5)N型GaN層生長結束後，生長淺阱層，淺阱包括20個依次交疊的量子阱結構，所述量子講結構由InxGal_xN(0〈x〈0.1)勢講層和GaN勢魚層依次生長而成,所述InxGal-xN勢阱層的生長溫度為850°C，生長壓力為500Torr，V /III比為10000，厚度為3nm ;所述GaN勢壘層的生長溫度為950°C，生長壓力為500Torr，V /III比為10000，厚度為30nm ；
[0045](6)淺阱層生長結束後，生長多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括15個阱壘依次交疊的量子阱結構，所述量子阱結構由InyGal_yN(0.2<x<0.5)勢阱層和η型摻雜GaN勢壘層依次生長而成。所述InyGal-yN勢阱層的生長溫度為800°C之間，生長壓力為500Torr之間，V /III比為20000，厚度為5nm ;所述GaN勢壘層的生長溫度為950°C，生長壓力為 5OOTorr, V / III比為 20000，厚度為 15nm ；
[0046](7)所述多量子阱有源層生長結束後，生長厚度為150nm的低溫P型GaN層，生長溫度在800°C之間，生長時間為20min，壓力在500Torr之間，V /III比為3500 ；
[0047](8)所述低溫P型GaN層生長結束後，生長厚度為150nm的P型AlGaN層，生長溫度為1000°C之間，生長時間為lOmin，生長壓力為300Torr，V /III比為10000，P型AlGaN層中Al的摩爾組分含量為20% ；
[0048](9)所述P型AlGaN層生長結束後，生長厚度為300nm的高溫P型GaN層，生長溫度為1000°C，生長時間為25min，生長壓力為500Torr, V /III比為3500 ；
[0049](10)所述高溫P型GaN層生長結束後，生長厚度在IOnm之間的P型接觸層，生長溫度為850°C之間，生長時間為5min，壓力為500Torr, V /III比為20000 ；
[0050](11)外延生長結束後，將反應室的溫度降至900°C之間，在PN2氣氛進行退火處理30min，而後逐漸降至室溫，隨後，經過清洗、沉積、光刻和刻蝕後續加工工藝製成單顆小尺寸晶片。
[0051]本實施例以三甲基鎵(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；以矽烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑；以氮氣(N2)作為載氣。
[0052]實施例3
[0053]一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法，其複合成核層外延結構從下向上的順序依次包括:襯底、低溫複合成核層、GaN非摻雜層、N型摻雜GaN層、淺阱層、多量子阱有源層、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫P型GaN層、P型接觸層，其生長方法具體包括以下步驟:
[0054](I)將襯底在1150°C氫氣氣氛裡進行高溫清潔處理15min，然後進行氮化處理；
[0055](2)襯底在高溫的氫氣環境下處理完成後，降溫生長AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN複合成核層，所述的複合成核層生長分為六步:[I]將溫度下降到550°C，生長厚度為5nm，Al組分逐漸升高的AlGaN層，Al組分增加至30%，生長壓力為500Torr，V /III比為500 ；[2]A1組分逐漸升高的AlGaN層生長結束後，停止通入三甲基鋁(TMA1)，在其他生長條件不變的情況下生長一層非摻雜GaN層，厚度為5nm;[3]非摻雜GaN層生長結束後，停止通入TMGa，PN2環境下退火，退火溫度為900°C，退火時間為5min ； [4]PN2環境下退火結束後，生長一層摻雜In的GaN層，生長溫度為700°C，生長壓力為500Torr，V /III比為800 ； [5] InGaN層結束後，停止通入TMIn，生長溫度降至550°C，生長一層Al組分逐漸降低的AlGaN層，Al組分由30%逐漸降至O，生長壓力為500Torr，V /III比為500 ；[6]A1組分逐漸降低的AlGaN層結束後，停止通入所有MO源，再在PN2環境下退火，退火溫度為950°C，退火時間為5min ；
[0056](3)低溫複合成核層最後一步退火結束後，將溫度調節至1050°C，生長一層外延生長厚度為1.5 μ m的GaN非摻雜層，生長壓力為200Torr, V / III比為500 ；
[0057](4) GaN非摻雜層生長結束後，生長一層Si摻雜濃度穩定的N型GaN層，厚度為
3μ m，生長溫度為1000°C，生長壓力為400Torr，V /III比為400 ；
[0058](5)N型GaN層生長結束後，生長淺阱層，淺阱包括15個依次交疊的量子阱結構，所述量子講結構由InxGal_xN(0〈x〈0.1)勢講層和GaN勢魚層依次生長而成,所述InxGal-xN勢阱層的生長溫度為750-850°C，生長壓力為，300Torr，V /III比為6000，厚度為2nm ;所述GaN勢壘層的生長溫度為900°C，生長壓力為300Torr，V / III比為2000，厚度為20nm ；
[0059](6)淺阱層生長結束後，生長多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括6-15個阱壘依次交疊的量子阱結構，所述量子阱結構由InyGal_yN(0.2<x<0.5)勢阱層和η型摻雜GaN勢壘層依次生長而成。所述InyGal-yN勢阱層的生長溫度為750°C之間，生長壓力為150Torr之間，V / III比為2050，厚度為3nm ;所述GaN勢壘層的生長溫度為900°C，生長壓力為 400Torr, V / III比為 10000，厚度為 IOnm ；
[0060](7)所述多量子阱有源層生長結束後，生長厚度為90nm的低溫P型GaN層，生長溫度在700°C之間，生長時間為16min，壓力在400Torr之間，V /III比為800;
[0061](8)所述低溫P型GaN層生長結束後，生長厚度為90nm的P型AlGaN層，生長溫度為950°C之間，生長時間為8min，生長壓力為80Torr，V /III比為800，P型AlGaN層中Al的摩爾組分含量為15% ；
[0062](9)所述P型AlGaN層生長結束後，生長厚度為200nm的高溫P型GaN層，生長溫度為950°C，生長時間為15min，生長壓力為300Torr, V /III比為1500 ；
[0063](10)所述高溫P型GaN層生長結束後，生長厚度在6nm之間的P型接觸層，生長溫度為750°C之間，生長時間為3min，壓力為400Torr, V /III比為15000 ；
[0064](11)外延生長結束後，將反應室的溫度降至700°C之間，在PN2氣氛進行退火處理20min，而後逐漸降至室溫，隨後，經過清洗、沉積、光刻和刻蝕後續加工工藝製成單顆小尺寸晶片。
[0065]本實施例以三甲基鎵(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；以矽烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑；以氮氣(N2)作為載氣。
[0066]本發明通過在藍寶石襯底上生長AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN複合成核層以及插入適當的高溫退火步驟，一方面，可以減少氮化鎵與藍寶石襯底之間形成的高密度的位錯，進而降低了穿透位錯對量子阱有源區的破壞，從而提高了氮化鎵基LED的內量子效率和發光效率；另一方面，此種複合成核層晶體與藍寶石襯底匹配度相對較高，晶體質量較好，提高了氮化鎵基LED的抗靜電能力。
[0067]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明的要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法，其複合成核層外延結構從下向上的順序依次包括:襯底、低溫複合成核層、GaN非摻雜層、N型摻雜GaN層、淺阱層、多量子阱有源層、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫P型GaN層、P型接觸層，其特徵在於:其生長方法具體包括以下步驟: Cl)將襯底在1100-120(TC氫氣氣氛裡進行高溫清潔處理5-20min，然後進行氮化處理； (2)襯底在高溫的氫氣環境下處理完成後，降溫生長AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN複合成核層，所述的複合成核層生長分為六步:[I]將溫度下降到500-650°C，生長厚度為3-8nm，Al組分逐漸升高的AlGaN層，Al組分增加至30%，生長壓力為400_600Torr，V / III比為200-2500 ；[2]A1組分逐漸升高的AlGaN層生長結束後，停止通入三甲基鋁(TMA1)，在其他生長條件不變的情況下生長一層非摻雜GaN層，厚度為3-8nm ； [3]非摻雜GaN層生長結束後，停止通入TMGa，PN2環境下退火，退火溫度為800-1000°C，退火時間為3_6min ; [4]PN2環境下退火結束後，生長一層摻雜In的GaN層，生長溫度為600-800°C,生長壓力為400-600Torr, V /III比為200-3000 ; [5] InGaN層結束後，停止通入TMIn,生長溫度降至500-650°C，生長一層Al組分逐漸降低的AlGaN層，Al組分由30%逐漸降至O，生長壓力為400-600Torr, V /III比為200-2500 ；[6]A1組分逐漸降低的AlGaN層結束後，停止通入所有MO源，再在PN2環境下退火，退火溫度為900-1100°C，退火時間為3_8min ； (3)低溫複合成核層最後一步退火結束後，將溫度調節至1000-120(TC，生長一層外延生長厚度為1-2 μ m的GaN非摻雜層，生長壓力為100_500Torr，V / III比為300-3500 ； (4)GaN非摻雜層生長結束後，生長一層Si摻雜濃度穩定的N型GaN層，厚度為2_4μ m,生長溫度為 950-1150°C，`生長壓力為 300-500Torr，V /III比為 300-2500 ； (5)N型GaN層生長結束後，生長淺阱層，淺阱包括5-20個依次交疊的量子阱結構，所述量子講結構由InxGal_xN(0〈x〈0.1)勢講層和GaN勢魚層依次生長而成,所述InxGal-xN勢阱層的生長溫度為750-850°C，生長壓力為100-500Torr，V /III比為500-10000，厚度為l_3nm ;所述GaN勢壘層的生長溫度為850_950°C，生長壓力為100_500Torr，V /III比為500-10000，厚度為 10-30nm; (6)淺阱層生長結束後，生長多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括6-15個阱壘依次交疊的量子阱結構，所述量子阱結構由InyGal_yN(0.2<x<0.5)勢阱層和η型摻雜GaN勢壘層依次生長而成。所述InyGal-yN勢阱層的生長溫度為700-800°C，生長壓力為100-500Torr之間，V / III比為2000-20000，厚度為2_5nm ;所述GaN勢壘層的生長溫度為850-950°C，生長壓力為 100-500Torr，V / III比為 2000-20000，厚度為 5_15nm ; (7)所述多量子阱有源層生長結束後，生長厚度為50-150nm的低溫P型GaN層，生長溫度在650-800°C之間，生長時間為3-20min，壓力在100-500Torr之間，V /III比為500-3500 ； (8)所述低溫P型GaN層生長結束後，生長厚度為50-150nm的P型AlGaN層，生長溫度為900-1000°C之間，生長時間為2-10min，生長壓力為50_300Torr，V / III比為500-10000，P型AlGaN層中Al的摩爾組分含量為5%_20% ； (9)所述P型AlGaN層生長結束後，生長厚度為50_300nm的高溫P型GaN層，生長溫度為 900-1000°C，生長時間為 10-25min，生長壓力為 100-500Torr, V /III比為 500-3500 ；(10 )所述高溫P型GaN層生長結束後，生長厚度在5-10nm之間的P型接觸層，生長溫度為 650-850°C之間，生長時間為 0.5-5min，壓力為 100-500Torr, V / III比為 10000-20000 ； (11)外延生長結束後，將反應室的溫度降至600-900 V之間，在PN2氣氛進行退火處理10-30min，而後逐漸降至室溫，隨後，經過清洗、沉積、光刻和刻蝕後續加工工藝製成單顆小尺寸晶片。
2.根據權利要求1所述的一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法，其特徵在於:所述外延結構的生長過程中以三甲基鎵(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.根據權利要求1所述的一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法，其特徵在於:所述外延結構的生長過程中以矽烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
4.根據權利要求1所述的一種提高氮化鎵晶體質量的複合成核層的生長方法，其特徵在於:所述外延結構的生 長過程中以氮氣(N2)或氫氣(H2)作為載氣。
【文檔編號】H01L33/00GK103824916SQ201410091144
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】張華 , 肖雲飛 申請人:合肥彩虹藍光科技有限公司