一種提高ⅲ－ⅴ族化合物半導(dǎo)體led芯片抗靜電能力的外延生長方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種提高Ⅲ－Ⅴ族化合物半導(dǎo)體LED芯片抗靜電能力的外延生長方法,其LED外延結(jié)構(gòu)包括：GaN非摻雜層、N型摻雜GaN層、n型AlGaN/GaN復(fù)合插入層、高溫P型GaN層、P型接觸層，其n型AlGaN/GaN復(fù)合插入層，具體包括以下步驟：生長一層Al組分逐漸升高n型摻雜AlGaN層；生長Al組分不變的n型摻雜AlGaN層；生長一層Al組分逐漸降低的n型摻雜AlGaN層，溫度生高至1000-1200℃后生長GaN層，本發(fā)明通過在N型GaN層與淺阱層之間插入Al組分變化的n型AlGaN和GaN復(fù)合結(jié)構(gòu)層，有效的避免了區(qū)域性電流過大造成的器件的擊穿，從而提高了器件抗靜電的能力；降低器件本身的壓電場效應(yīng)；提高了載流子的注入效率，進(jìn)而提高氮化鎵基LED的發(fā)光效率。
【專利說明】—種提高III一 V族化合物半導(dǎo)體LED芯片抗靜電能力的外延生長方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及III族氮化物材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種提高III 一 V族化合物半導(dǎo)體LED芯片抗靜電能力的外延生長方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LED是英文Light Emitting Diode (發(fā)光二極管)的縮寫,其核心部分是由P型半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為ρ-η結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。
[0003]目前生產(chǎn)LED所用的襯底80%使用藍(lán)寶石(Al2O3)襯底，然而Al2O3與GaN的晶格失配大并且熱膨脹系數(shù)差異也相對較大，因此在外延生長過程中，在引入了大量的晶格缺陷的同時也產(chǎn)生了應(yīng)力。這些位錯往往會沿著晶格通過多量子阱區(qū)域延伸到外延片的表面，形成穿透位錯，而大量位錯的存在使得器件的晶體質(zhì)量變差，局部電流容易過大而造成器件的失效；而應(yīng)力如果在量子阱有源區(qū)之前釋放不掉，則InGaN阱層受到的壓應(yīng)力增大使得量子限制斯塔克效應(yīng)更加明顯；逐漸累積實驗證明大量的位錯以及應(yīng)力的存在限制了其進(jìn)一步進(jìn)入高端應(yīng)用市場。
[0004]因此，在生長量子阱有源區(qū)之前，有必要供一種結(jié)構(gòu)，使器件的位錯減少、電流擴(kuò)展變好和應(yīng)力得以釋放，提高LED的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種提高III一 V族化合物半導(dǎo)體LED芯片抗靜電能力的外延生長方法，以解決上述【背景技術(shù)】中的問題。
[0006]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種提高III 一 V族化合物半導(dǎo)體LED芯片抗靜電能力的外延生長方法，其LED外延結(jié)構(gòu)，從下向上的順序依次包括:襯底、GaN緩沖層層、GaN非慘雜層、N型慘雜GaN層、淺講層、η型AlGaN/GaN見合插入層、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)將藍(lán)寶石(Al2O3)襯底在1000-1200°C氫氣氣氛里進(jìn)行高溫清潔處理5_20min，然后進(jìn)行氮化處理；
[0008](2)藍(lán)寶石(Al2O3)襯底高溫處理完成后，將溫度下降到500-650°C，生長厚度為20-40nm 的 GaN 緩沖層，生長壓力為 400_600Torr，V / III 比為 50-500 ；
[0009](3) GaN緩沖層生長結(jié)束后，將溫度調(diào)節(jié)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)所述GaN非摻雜層生長結(jié)束后，生長一層Si摻雜濃度穩(wěn)定的η型摻雜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) η型摻雜GaN層生長結(jié)束后，生長η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層，具體包括以下步驟:[I]生長一層Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層，生長溫度900-110(TC，反應(yīng)室壓力100-400Torr，V / III比為500-3000 ； [2]A1組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層結(jié)束后，生長Al組分不變的η型摻雜AlGaN層，其生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；[3]Α1組分不變的η型摻雜AlGaN層生長結(jié)束后，生長一層Al組分逐漸降低的η型摻雜AlGaN層，生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；[4]Α1組分逐漸降低的η型摻雜AlGaN層生長結(jié)束后，停止通入η型摻雜劑(SiH4)和三甲基鋁(ΤΜΑ1)，溫度生高至1000-1200°C后生長GaN層，V / III比為200-2000，其他生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；
[0012](6)所述η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層生長結(jié)束后，生長淺阱層，所述淺阱包括5_20個依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InxGahN(0〈x〈0.1)勢阱層和GaN勢壘層依次生長而成，所述InxGa^N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 ；
[0013](7)所述淺阱層生長結(jié)束后，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(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InyGai_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InyGai_yN勢阱層的生長溫度為700-800°C，生長壓力為100-500Torr，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 ;
[0014](8)所述多量子阱有源層生長結(jié)束后，生長厚度為30_120nm的低溫P型GaN層，生長溫度為 650-800°C，生長時間為 3-20min，壓力為 100_500Torr，V / III比為 500-3500 ；
[0015](9)所述低溫P型`GaN層生長結(jié)束后，生長厚度為50_150nm的P型AlGaN層，生長溫度為900-1000°C，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% ；
[0016](10)所述P型AlGaN層生長結(jié)束后，生長厚度為50_300nm的高溫P型GaN層，生長溫度為900-1000°C之間，生長時間為10-25min，生長壓力為100_500Torr，V /III比為500-3500 ；
[0017](11)所述高溫P型GaN層生長結(jié)束后，生長厚度為5_10nm的P型接觸層，生長溫度為 650-850°C，生長時間為 0.5-5min，生長壓力為 100-500Torr, V /III比為 10000-20000 ；
[0018](12)外延生長結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至600-900°C，在PN2氣氛進(jìn)行退火處理10-30min，而后逐漸降至室溫，隨后，經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕后續(xù)加工工藝制成單顆小尺寸芯片。
[0019]所述外延結(jié)構(gòu)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。
[0020]所述外延結(jié)構(gòu)的生長過程中以硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
[0021]所述外延結(jié)構(gòu)的生長過程中以氮氣(N2)或氫氣(H2)作為載氣。
[0022]與已公開技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下優(yōu)點:本發(fā)明通過在N型GaN層與淺阱層之間插入Al組分變化的η型AlGaN和GaN復(fù)合結(jié)構(gòu)層，一方面，η型AlGaN/GaN復(fù)合結(jié)構(gòu)層，能夠提高電子的橫向擴(kuò)展能力，有效的避免了區(qū)域性電流過大造成的器件的擊穿，從而提高了器件抗靜電的能力；另一方面，η型AlGaN/GaN復(fù)合結(jié)構(gòu)層可以使在NGaN之前產(chǎn)生的壓應(yīng)力得到有效的釋放，降低器件本身的壓電場效應(yīng)；第三，η型AlGaN/GaN復(fù)合結(jié)構(gòu)層提高了載流子的注入效率，進(jìn)而提高氮化鎵基LED的發(fā)光效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的低溫復(fù)合成核層生長示意圖。
【具體實施方式】
[0024]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)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025]實施例1
[0026]一種提高III一 V族化合物半導(dǎo)體LED芯片抗靜電能力的外延生長方法，其LED外延結(jié)構(gòu)，從下向上的順序依次包括:襯底、GaN緩沖層層、GaN非摻雜層、N型摻雜GaN層、淺阱層、η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層、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:
[0027](I)將藍(lán)寶石(Al2O3)襯底在KKKTC氫氣氣氛里進(jìn)行高溫清潔處理5min，然后進(jìn)行氮化處理；
[0028](2)藍(lán)寶石(Al2O3)襯底高溫處理完成后，將溫度下降到500°C，生長厚度為20nm的GaN緩沖層，生長壓力為400Torr, V / III比為50 ；
[0029](3 )GaN緩沖層生長結(jié)束后，將溫度調(diào)節(jié)至1000°C，生長一層外延生長厚度為Ιμπι的GaN非摻雜層，生長壓力為IOOTorr，V / III比為300 ；
[0030](4)所述GaN非摻雜層生長結(jié)束后，生長一層Si摻雜濃度穩(wěn)定的η型摻雜GaN層，厚度為2 μ m，生長溫度為950°C，生長壓力為300Torr，V /III比為300 ；
[0031](5) η型摻雜GaN層生長結(jié)束后，生長η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層，具體包括以下步驟:[I]生長一層Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層，生長溫度90(TC，反應(yīng)室壓力IOOTorr，V /III比為500 ; [2] Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層結(jié)束后，生長Al組分不變的η型摻雜AlGaN層，其生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；[3] Al組分不變的η型摻雜AlGaN層生長結(jié)束后，生長一層Al組分逐漸降低的η型摻雜AlGaN層，生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；[4] Al組分逐漸降低的η型摻雜AlGaN層生長結(jié)束后，停止通入η型摻雜劑(SiH4)和三甲基鋁(ΤΜΑ1)，溫度生高至100(TC后生長GaN層，V /III比為200，其他生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；
[0032](6)所述η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層生長結(jié)束后，生長淺阱層，所述淺阱包括5_20個依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InxGahN(0〈x〈0.1)勢阱層和GaN勢壘層依次生長而成，所述InxGahN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，厚度為IOnm ；
[0033](7)所述淺阱層生長結(jié)束后，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(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InyGai_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InyGa^N勢阱層的生長溫度為700°C，生長壓力為lOOTorr，
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lOOTorr，
V/III比為2000，厚度為5nm；
[0034](8)所述多量子阱有源層生長結(jié)束后，生長厚度為30nm的低溫P型GaN層，生長溫度為650°C，生長時間為3min，壓力為lOOTorr, V /III比為500 ；
[0035](9 )所述低溫P型GaN層生長結(jié)束后，生長厚度為50nm的P型AlGaN層，生長溫度為900°C，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% ；
[0036](10)所述P型AlGaN層生長結(jié)束后，生長厚度為50nm的高溫P型GaN層，生長溫度為900°C之間，生長時間為lOmin，生長壓力為lOOTorr, V /III比為500 ；
[0037](11)所述高溫P型GaN層生長結(jié)束后，生長厚度5nm的P型接觸層，生長溫度為650°C，生長時間為0.5min，生長壓力為lOOTorr, V /III比為10000 ；
[0038](12)外延生長結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至600°C，在PN2氣氛進(jìn)行退火處理IOmin,而后逐漸降至室溫，隨后，經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕后續(xù)加工工藝制成單顆小尺寸芯片。
[0039]本實施例中以三甲基鎵(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，以氮氣(N2)作為載氣。
[0040]實施例2
[0041]一種提高III一 V族化合物半導(dǎo)體LED芯片抗靜電能力的外延生長方法，其LED外延結(jié)構(gòu)，從下向上的順序依次包括:襯底、GaN緩沖層層、GaN非摻雜層、N型摻雜GaN層、淺阱層、η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層、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:
[0042](I)將藍(lán)寶石(Al2O3)襯底在1200°C氫氣氣氛里進(jìn)行高溫清潔處理20min，然后進(jìn)行氮化處理；
[0043](2)藍(lán)寶石(Al2O3)襯底高溫處理完成后，將溫度下降到650°C，生長厚度為40nm的GaN緩沖層，生長壓力為600Torr, V / III比為500 ；
[0044](3)GaN緩沖層生長結(jié)束后，將溫度調(diào)節(jié)至1200°C，生長一層外延生長厚度為2 μ m的GaN非摻雜層，生長壓力為500Torr，V / III比為3500 ；
[0045](4)所述GaN非摻雜層生長結(jié)束后，生長一層Si摻雜濃度穩(wěn)定的η型摻雜GaN層，厚度為4 μ m，生長溫度為1150°C，生長壓力為500Torr，V /III比為2500 ；
[0046](5) η型摻雜GaN層生長結(jié)束后，生長η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層，具體包括以下步驟:[I]生長一層Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層，生長溫度110(TC，反應(yīng)室壓力400Torr, V / III比為3000 ； [2]A1組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層結(jié)束后，生長Al組分不變的η型摻雜AlGaN層，其生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；[3] Al組分不變的η型摻雜AlGaN層生長結(jié)束后，生長一層Al組分逐漸降低的η型摻雜AlGaN層，生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；[4] Al組分逐漸降低的η型摻雜AlGaN層生長結(jié)束后，停止通入η型摻雜劑(SiH4)和三甲基鋁(ΤΜΑ1)，溫度生高至1200°C后生長GaN層，V /III比為2000，其他生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；
[0047](6)所述η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層生長結(jié)束后，生長淺阱層，所述淺阱包括20個依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InxGahN(0〈x〈0.1)勢阱層和GaN勢壘層依次生長而成，所述InxGa1J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 ；
[0048](7)所述淺阱層生長結(jié)束后，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(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InyGai_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InyGai_yN勢阱層的生長溫度為800°C，生長壓力為500Torr，
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500Torr，
V/ III比為 20000，厚度為 15nm ；
[0049](8)所述多量子阱有源層生長結(jié)束后，生長厚度為120nm的低溫P型GaN層，生長溫度為800°C，生長時間為20min，壓力為500Torr, V /III比為3500 ；
[0050](9)所述低溫P型GaN層生長結(jié)束后，生長厚度為150nm的P型AlGaN層，生長溫度為1000°C，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% ；
[0051](10)所述P型AlGaN層生長結(jié)束后，生長厚度為300nm的高溫P型GaN層，生長溫度為1000°C之間，生長時間為25min，生長壓力為500Torr, V /III比為3500 ；
[0052](11)所述高溫P型GaN層生長結(jié)束后，生長厚度IOnm的P型接觸層，生長溫度為850°C，生長時間為5min，生長壓力為500Torr, V /III比為20000 ；
[0053](12)外延生長結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至900°C，在PN2氣氛進(jìn)行退火處理30min,而后逐漸降至室溫，隨后，經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕后續(xù)加工工藝制成單顆小尺寸芯片。
[0054]本實施例中以三甲基鎵(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，以氮氣(N2)作為載氣。
[0055]實施例3
[0056]一種提高III一 V族化合物半導(dǎo)體LED芯片抗靜電能力的外延生長方法，其LED外延結(jié)構(gòu)，從下向上的順序依次包括:襯底、GaN緩沖層層、GaN非摻雜層、N型摻雜GaN層、淺阱層、η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層、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:
[0057](I)將藍(lán)寶石(Al2O3)襯底I在1100°C氫氣氣氛里進(jìn)行高溫清潔處理15min，然后進(jìn)行氮化處理；
[0058](2)藍(lán)寶石(Al2O3)襯底高溫處理完成后，將溫度下降到550°C，生長厚度為30nm的GaN緩沖層，生長壓力為500Torr, V / III比為400 ；
[0059](3) GaN緩沖層生長結(jié)束后，將溫度調(diào)節(jié)至1100°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 ；[0060](4)所述GaN非摻雜層生長結(jié)束后，生長一層Si摻雜濃度穩(wěn)定的η型摻雜GaN層，厚度為3 μ m，生長溫度為1000°C，生長壓力為400Torr，V /III比為500 ；
[0061](5) η型摻雜GaN層生長結(jié)束后，生長η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層，具體包括以下步驟:[I]生長一層Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層，生長溫度1000°C，反應(yīng)室壓力200Torr, V / III比為2000 ； [2]A1組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層結(jié)束后，生長Al組分不變的η型摻雜AlGaN層，其生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；[3] Al組分不變的η型摻雜AlGaN層生長結(jié)束后，生長一層Al組分逐漸降低的η型摻雜AlGaN層，生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；[4] Al組分逐漸降低的η型摻雜AlGaN層生長結(jié)束后，停止通入η型摻雜劑(SiH4)和三甲基鋁(ΤΜΑ1)，溫度生高至1100°C后生長GaN層，V /III比為1000，其他生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；
[0062](6)所述η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層生長結(jié)束后，生長淺阱層，所述淺阱包括15個依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由Ιηχ6&1_χΝ(0〈Χ〈0.1)勢阱層和GaN勢壘層依次生長而成，所述InxGahN勢阱層的生長溫度為800°C，生長壓力為400Torr，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200Torr，V /III比為900，厚度為20nm ；
[0063](7)所述淺阱層生長結(jié)束后，生長多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括12個阱壘依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InyGai_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InyGa^N勢阱層的生長溫度為750°C，生長壓力為400Torr，
V/III比為9000，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3000，厚度為IOnm ；
[0064](8)所述多量子阱`有源層生長結(jié)束后，生長厚度為IlOnm的低溫P型GaN層，生長溫度為700°C，生長時間為15min，壓力為400Torr, V /III比為600 ；
[0065](9 )所述低溫P型GaN層生長結(jié)束后，生長厚度為80nm的P型AlGaN層，生長溫度為950°C，生長時間為8min，生長壓力為120Torr，V /III比為2200，P型AlGaN層中Al的摩爾組分含量為15% ；
[0066](10)所述P型AlGaN層生長結(jié)束后，生長厚度為90nm的高溫P型GaN層，生長溫度為950°C之間，生長時間為20min，生長壓力為400Torr，V /III比為900 ；
[0067](11)所述高溫P型GaN層生長結(jié)束后，生長厚度在8nm之間的P型接觸層，生長溫度為800°C，生長時間為4min，生長壓力為400Torr, V /III比為15000 ；
[0068](12)外延生長結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至700°C，在PN2氣氛進(jìn)行退火處理20min,而后逐漸降至室溫，隨后，經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕后續(xù)加工工藝制成單顆小尺寸芯片。
[0069]本實施例中以三甲基鎵(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，以氮氣(N2)作為載氣。
[0070]本發(fā)明通過在N型GaN層與淺阱層之間插入Al組分變化的η型AlGaN和GaN復(fù)合結(jié)構(gòu)層，一方面，η型AlGaN/GaN復(fù)合結(jié)構(gòu)層，能夠提高電子的橫向擴(kuò)展能力，有效的避免了區(qū)域性電流過大造成的器件的擊穿，從而提高了器件抗靜電的能力；另一方面，η型AlGaN/GaN復(fù)合結(jié)構(gòu)層可以使在NGaN之前產(chǎn)生的壓應(yīng)力得到有效的釋放，降低器件本身的壓電場效應(yīng)；第三，η型AlGaN/GaN復(fù)合結(jié)構(gòu)層提高了載流子的注入效率，進(jìn)而提高氮化鎵基LED的發(fā)光效率。
[0071]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。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)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(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)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種提高III一 V族化合物半導(dǎo)體LED芯片抗靜電能力的外延生長方法，其LED外延結(jié)構(gòu)，從下向上的順序依次包括:襯底、GaN緩沖層層、GaN非摻雜層、N型摻雜GaN層、淺阱層、η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層、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，其特征在于:其生長方法具體包括以下步驟: (1)將藍(lán)寶石(Al2O3)襯底在1000-120(TC氫氣氣氛里進(jìn)行高溫清潔處理5_20min，然后進(jìn)行氮化處理； (2)藍(lán)寶石(Al2O3)襯底高溫處理完成后，將溫度下降到500-650°C，生長厚度為20-40nm 的 GaN 緩沖層，生長壓力為 400_600Torr，V / III 比為 50-500 ； (3)GaN緩沖層生長結(jié)束后，將溫度調(diào)節(jié)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)所述GaN非摻雜層生長結(jié)束后，生長一層Si摻雜濃度穩(wěn)定的η型摻雜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 ； (5)η型摻雜GaN層生長結(jié)束后，生長η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層，具體包括以下步驟:[I]生長一層Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層，生長溫度900-110(TC，反應(yīng)室壓力100-400Torr, V /III比為500-3000 ; [2]Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層結(jié)束后，生長Al組分不變的η型摻雜AlGaN層，其生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；[3]Α1組分不變的η型摻雜AlGaN層生長結(jié)束后，生長一層Al組分逐漸降低的η型摻雜AlGaN層，生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同；[4]Al組分逐漸降低的η型摻雜AlGaN層生長結(jié)束后，停止通入η型摻雜劑(SiH4)和三甲基鋁(ΤΜΑ1 )，溫度生高至1000-1200°C后生長GaN層，V / III比為200-2000，其他生長條件與Al組分逐漸升高η型摻雜AlGaN層相同； (6)所述η型AlGaN/GaN復(fù)合插入層生長結(jié)束后，生長淺阱層，所述淺阱包括5_20個依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InxGahN(0〈x〈0.1)勢阱層和GaN勢壘層依次生長而成，所述InxGa1J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 ； (7)所述淺阱層生長結(jié)束后，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(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InyGai_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InyGai_yN勢阱層的生長溫度為700-800°C，生長壓力為100-500Torr，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 ； (8)所述多量子阱有源層生長結(jié)束后，生長厚度為30-120nm的低溫P型GaN層，生長溫度為 650-800°C，生長時間為 3-20min，壓力為 100-500Torr, V /III比為 500-3500 ； (9)所述低溫P型GaN層生長結(jié)束后，生長厚度為50-150nm的P型AlGaN層，生長溫度為 900-1000°C，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% ； (10)所述P型AlGaN 層生長結(jié)束后，生長厚度為50_300nm的高溫P型GaN層，生長溫度為900-1000°C之間，生長時間為10-25min，生長壓力為100_500Torr，V /III比為500-3500 ；(11)所述高溫P型GaN層生長結(jié)束后，生長厚度為5-10nm的P型接觸層，生長溫度為650-850°C，生長時間為 0.5-5min，生長壓力為 100-500Torr, V /III比為 10000-20000 ； (12)外延生長結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至600-900°C，在PN2氣氛進(jìn)行退火處理10-30min，而后逐漸降至室溫，隨后，經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕后續(xù)加工工藝制成單顆小尺寸芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高III一V族化合物半導(dǎo)體LED芯片抗靜電能力的外延生長方法，其特征在于:所述外延結(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高III一V族化合物半導(dǎo)體LED芯片抗靜電能力的外延生長方法，其特征在于:所述外延結(jié)構(gòu)的生長過程中以硅烷(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所述的一種提高III一V族化合物半導(dǎo)體LED芯片抗靜電能力的外延生長方法，其特征在于:所`述外延結(jié)構(gòu)的生長過程中以氮氣(N2)或氫氣(H2)作為載氣。
【文檔編號】H01L33/00GK103824910SQ201410090596
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】肖云飛 申請人:合肥彩虹藍(lán)光科技有限公司