一種提高氮化鎵晶體質(zhì)量的復(fù)合成核層的生長(zhǎng)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種提高氮化鎵晶體質(zhì)量的復(fù)合成核層的生長(zhǎng)方法,其生長(zhǎng)方法包括以下步驟：襯底在高溫的氫氣環(huán)境下處理完成后，AlGaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，停止通入三甲基鋁（TMAl），在其他生長(zhǎng)條件不變的情況下生長(zhǎng)一層非摻雜GaN層，非摻雜GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，停止通入TMGa，PN2環(huán)境下退火，生長(zhǎng)一層摻雜In的GaN層，InGaN層結(jié)束后，停止通入TMIn，生長(zhǎng)一層Al組分逐漸降低的AlGaN層，Al組分逐漸降低的AlGaN層結(jié)束后，停止通入所有MO源，再在PN2環(huán)境下退火；本發(fā)明通過在藍(lán)寶石襯底上生復(fù)合成核層以及插入適當(dāng)?shù)母邷赝嘶鸩襟E，可以減少氮化鎵與藍(lán)寶石襯底之間形成的高密度的位錯(cuò)，進(jìn)而降低了穿透位錯(cuò)對(duì)量子阱有源區(qū)的破壞，從而提高了氮化鎵基LED的內(nèi)量子效率和發(fā)光效率。
【專利說明】一種提高氮化鎵晶體質(zhì)量的復(fù)合成核層的生長(zhǎng)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】，具體為一種提高氮化鎵晶體質(zhì)量的復(fù)合成核層的生長(zhǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LED是英文Light Emitting Diode (發(fā)光二極管)的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好，可以直接將電轉(zhuǎn)換為光。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。
[0003]GaN是極穩(wěn)定的化合物和堅(jiān)硬的高熔點(diǎn)材料，也是直接躍遷的寬帶隙半導(dǎo)體材料，不僅具有良好的物理和化學(xué)性質(zhì)，而且具有電子飽和速率高、熱導(dǎo)率好、禁帶寬度大、介電常數(shù)小和強(qiáng)的抗輻照能力等特點(diǎn)，可用來制備穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、耐腐蝕和耐高溫的大功率器件，目前廣泛應(yīng)用于光電子、藍(lán)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(lán)寶石襯底之間存在大的晶格失配，在量子阱下面GaN層和藍(lán)寶石襯底之間形成高密度的穿透位錯(cuò)(螺旋、刃型和混合位錯(cuò))，穿透位錯(cuò)能夠沿著c軸生長(zhǎng)方向到達(dá)量子阱有源區(qū)，并在有源區(qū)即穿透位錯(cuò)末端形成V型缺陷，破壞InGaN/GaN量子阱界面，進(jìn)而影響量子阱發(fā)光特性。因此，為了減少穿透位錯(cuò)到達(dá)量子阱有源區(qū)的數(shù)量，降低有源區(qū)V型缺陷密度，有必要提供一種新的成核層結(jié)構(gòu)，來克服上述缺點(diǎn)，提高晶體質(zhì)量。

【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氮化鎵晶體質(zhì)量的復(fù)合成核層的生長(zhǎng)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(shí)現(xiàn):一種提高氮化鎵晶體質(zhì)量的復(fù)合成核層的生長(zhǎng)方法，其復(fù)合成核層外延結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次包括:襯底、低溫復(fù)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(zhǎng)方法具體包括以下步驟:
[0007](I)將襯底在1100-120(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；
[0008](2)襯底在高溫的氫氣環(huán)境下處理完成后，降溫生長(zhǎng)AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN復(fù)合成核層，所述的復(fù)合成核層生長(zhǎng)分為六步:[I]將溫度下降到500-65(TC，生長(zhǎng)厚度為3-8nm, Al組分逐漸升高的AlGaN層，Al組分增加至30%，生長(zhǎng)壓力為400_600Torr，V / III比為200-2500 ;[2]A1組分逐漸升高的AlGaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，停止通入三甲基鋁(TMA1)，在其他生長(zhǎng)條件不變的情況下生長(zhǎng)一層非摻雜GaN層，厚度為3-8nm ； [3]非摻雜GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，停止通入TMGa，PN2環(huán)境下退火，退火溫度為800-1000°C，退火時(shí)間為3_6min ；
[4]PN2環(huán)境下退火結(jié)束后，生長(zhǎng)一層摻雜In的GaN層，生長(zhǎng)溫度為600-800°C，生長(zhǎng)壓力為400-600Torr，V / III比為200-3000 ； [5] InGaN層結(jié)束后，停止通入TMIn，生長(zhǎng)溫度降至500-650°C，生長(zhǎng)一層Al組分逐漸降低的AlGaN層，Al組分由30%逐漸降至O，生長(zhǎng)壓力為400-600Torr, V /III比為200-2500 ； [6]Al組分逐漸降低的AlGaN層結(jié)束后，停止通入所有MO源，再在PN2環(huán)境下退火，退火溫度為900-1100°C，退火時(shí)間為3_8min ；
[0009](3)低溫復(fù)合成核層最后一步退火結(jié)束后，將溫度調(diào)節(jié)至1000-1200°C，生長(zhǎng)一層外延生長(zhǎng)厚度為1-2 μ m的GaN非摻雜層，生長(zhǎng)壓力為100_500Torr，V / III比為300-3500 ；
[0010](4) GaN非摻雜層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)一層Si摻雜濃度穩(wěn)定的N型GaN層，厚度為2-4 μ m，生長(zhǎng)溫度為 950-1150°C，生長(zhǎng)壓力為 300_500Torr，V /III比為 300-2500 ；
[0011](5) N型GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)淺阱層，淺阱包括5_20個(gè)依次交疊的量子講結(jié)構(gòu)，所述量子講結(jié)構(gòu)由InxGal-xN(0〈x〈0.1)勢(shì)講層和GaN勢(shì)魚層依次生長(zhǎng)而成，所述InxGal-xN勢(shì)阱層的生長(zhǎng)溫度為750-850°C，生長(zhǎng)壓力為100_500Torr，V / III比為500-10000，厚度為l_3nm;所述GaN勢(shì)壘層的生長(zhǎng)溫度為850-950°C，生長(zhǎng)壓力為100-500Torr, V /III比為 500-10000，厚度為 10_30nm ；
[0012](6)淺阱層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括6-15個(gè)阱壘依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InyGal-yN (0.2<x<0.5)勢(shì)阱層和η型摻雜GaN勢(shì)壘層依次生長(zhǎng)而成。所述InyGal-yN勢(shì)阱層的生長(zhǎng)溫度為700-800°C，生長(zhǎng)壓力為100-500Torr之間，V / III比為2000-20000，厚度為2_5nm ;所述GaN勢(shì)壘層的生長(zhǎng)溫度為850-950°C，生長(zhǎng)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為50_150nm的低溫P型GaN層，生長(zhǎng)溫度在650-800°C之間，生長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為50_150nm的P型AlGaN層，生長(zhǎng)溫度為900-1000°C之間，生長(zhǎng)時(shí)間為2-10min，生長(zhǎng)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為50_300nm的高溫P型GaN層，生長(zhǎng)溫度為900-1000°C，生長(zhǎng)時(shí)間為10-25min，生長(zhǎng)壓力為100_500Torr，V /III比為500-3500 ；
[0016](10)所述高溫P型GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度在5_10nm之間的P型接觸層，生長(zhǎng)溫度為650-850°C之間，生長(zhǎng)時(shí)間為0.5-5min，壓力為100_500Torr，V / III比為10000-20000 ；
[0017](11)外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至600-900°C之間，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。
[0018]所述外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)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(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)過程中以硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
[0020]所述外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)過程中以氮?dú)?N2)或氫氣(H2)作為載氣。
[0021]與已公開技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明通過在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN復(fù)合成核層以及插入適當(dāng)?shù)母邷赝嘶鸩襟E,一方面，可以減少氮化鎵與藍(lán)寶石襯底之間形成的高密度的位錯(cuò)，進(jìn)而降低了穿透位錯(cuò)對(duì)量子阱有源區(qū)的破壞，從而提高了氮化鎵基LED的內(nèi)量子效率和發(fā)光效率；另一方面，此種復(fù)合成核層晶體與藍(lán)寶石襯底匹配度相對(duì)較高，晶體質(zhì)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(fā)明的低溫復(fù)合成核層生長(zhǎng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]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(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)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(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024]實(shí)施例1
[0025]一種提高氮化鎵晶體質(zhì)量的復(fù)合成核層的生長(zhǎng)方法，其復(fù)合成核層外延結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次包括:襯底、低溫復(fù)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(zhǎng)方法具體包括以下步驟:
[0026](I)將襯底在1100°C氫氣氣氛里進(jìn)行高溫清潔處理5min，然后進(jìn)行氮化處理；
[0027](2)襯底在高溫的氫氣環(huán)境下處理完成后，降溫生長(zhǎng)AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN復(fù)合成核層，所述的復(fù)合成核層生長(zhǎng)分為六步:[I]將溫度下降到500°C，生長(zhǎng)厚度為3nm，Al組分逐漸升高的AlGaN層，Al`組分增加至30%，生長(zhǎng)壓力為400Torr，V / III比為200 ； [2] Al組分逐漸升高的AlGaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，停止通入三甲基鋁(TMA1)，在其他生長(zhǎng)條件不變的情況下生長(zhǎng)一層非摻雜GaN層，厚度為3nm;[3]非摻雜GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，停止通入TMGa，PN2環(huán)境下退火，退火溫度為800°C，退火時(shí)間為3min ； [4]PN2環(huán)境下退火結(jié)束后，生長(zhǎng)一層摻雜In的GaN層，生長(zhǎng)溫度為600°C，生長(zhǎng)壓力為400Torr，V / III比為200 ； [5] InGaN層結(jié)束后，停止通入TMIn，生長(zhǎng)溫度降至500°C，生長(zhǎng)一層Al組分逐漸降低的AlGaN層，Al組分由30%逐漸降至0，生長(zhǎng)壓力為400Torr，V / III比為200 ； [6] Al組分逐漸降低的AlGaN層結(jié)束后，停止通入所有MO源，再在PN2環(huán)境下退火，退火溫度為900°C，退火時(shí)間為3min ；
[0028](3)低溫復(fù)合成核層最后一步退火結(jié)束后，將溫度調(diào)節(jié)至ΙΟΟΟ?，生長(zhǎng)一層外延生長(zhǎng)厚度為I μ m的GaN非摻雜層，生長(zhǎng)壓力為IOOTorr, V / III比為300 ；
[0029](4) GaN非摻雜層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)一層Si摻雜濃度穩(wěn)定的N型GaN層，厚度為
2μ m，生長(zhǎng)溫度為950°C，生長(zhǎng)壓力為300Torr，V /III比為300 ；
[0030](5)N型GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)淺阱層，淺阱包括5個(gè)依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子講結(jié)構(gòu)由InxGal_xN(0〈x〈0.1)勢(shì)講層和GaN勢(shì)魚層依次生長(zhǎng)而成。所述InxGal-xN勢(shì)阱層的生長(zhǎng)溫度為750°C，生長(zhǎng)壓力為lOOTorr，V / III比為500，厚度為Inm;所述GaN勢(shì)壘層的生長(zhǎng)溫度為850°C，生長(zhǎng)壓力為lOOTorr，V /III比為500-10000，厚度為IOnm ；
[0031](6)淺阱層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括6個(gè)阱壘依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InyGal-yN(0.2<x<0.5)勢(shì)阱層和η型摻雜GaN勢(shì)壘層依次生長(zhǎng)而成。所述InyGal-yN勢(shì)阱層的生長(zhǎng)溫度為700°C，生長(zhǎng)壓力為IOOTorr之間，V /III比為2000，厚度為2nm ;所述GaN勢(shì)壘層的生長(zhǎng)溫度為850°C，生長(zhǎng)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為50nm的低溫P型GaN層，生長(zhǎng)溫度在650°C之間，生長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為50nm的P型AlGaN層，生長(zhǎng)溫度為900°C之間，生長(zhǎng)時(shí)間為2min，生長(zhǎng)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為50nm的高溫P型GaN層，生長(zhǎng)溫度為900°C，生長(zhǎng)時(shí)間為lOmin，生長(zhǎng)壓力為IOOTorr, V /III比為500 ；
[0035](10)所述高溫P型GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度在5nm之間的P型接觸層，生長(zhǎng)溫度為650°C之間，生長(zhǎng)時(shí)間為0.5min，壓力為IOOTorr, V /III比為10000 ；
[0036](11)外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至600°C之間，在PN2氣氛進(jìn)行退火處理lOmin，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。
[0037]本實(shí)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；以硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑；以氮?dú)?N2)作為載氣。
[0038]實(shí)施例2
[0039]一種提高氮化鎵晶體質(zhì)量的復(fù)合成核層的生長(zhǎng)方法，其復(fù)合成核層外延結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次包括:襯底、低溫復(fù)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(zhǎng)方法具體包括以下步驟:
[0040](I)將襯底在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；
[0041](2)襯底在高溫的氫氣環(huán)境下處理完成后，降溫生長(zhǎng)AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN復(fù)合成核層，所述的復(fù)合成核層生長(zhǎng)分為六步:[I]將溫度下降到650°C，生長(zhǎng)厚度為8nm，Al組分逐漸升高的AlGaN層，Al組分增加至30%，生長(zhǎng)壓力為600Torr，V / III比為2500 ； [2]Al組分逐漸升高的AlGaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，停止通入三甲基鋁(TMA1)，在其他生長(zhǎng)條件不變的情況下生長(zhǎng)一層非摻雜GaN層，厚度為Snm ； [3]非摻雜GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，停止通入TMGa, PN2環(huán)境下退火，退火溫度為1000°C，退火時(shí)間為6min ;[4]PN2環(huán)境下退火結(jié)束后，生長(zhǎng)一層摻雜In的GaN層，生長(zhǎng)溫度為800°C，生長(zhǎng)壓力為600Torr，V /III比為3000 ; [5]InGaN層結(jié)束后，停止通入TMIn，生長(zhǎng)溫度降至650°C，生長(zhǎng)一層Al組分逐漸降低的AlGaN層，Al組分由30%逐漸降至O，生長(zhǎng)壓力為600Torr，V /III比為2500 ; [6] Al組分逐漸降低的AlGaN層結(jié)束后，停止通入所有MO源，再在PN2環(huán)境下退火，退火溫度為1100°C，退火時(shí)間為8min ；
[0042](3)低溫復(fù)合成核層最后一步退火結(jié)束后，將溫度調(diào)節(jié)至1000-120(TC，生長(zhǎng)一層外延生長(zhǎng)厚度為1-2 μ m的GaN非摻雜層，生長(zhǎng)壓力為100_500Torr，V / III比為300-3500 ；
[0043](4) GaN非摻雜層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)一層Si摻雜濃度穩(wěn)定的N型GaN層，厚度為4μ m，生長(zhǎng)溫度為1150°C，生長(zhǎng)壓力為500Torr，V /III比為2500 ；
[0044](5)N型GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)淺阱層，淺阱包括20個(gè)依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子講結(jié)構(gòu)由InxGal_xN(0〈x〈0.1)勢(shì)講層和GaN勢(shì)魚層依次生長(zhǎng)而成,所述InxGal-xN勢(shì)阱層的生長(zhǎng)溫度為850°C，生長(zhǎng)壓力為500Torr，V /III比為10000，厚度為3nm ;所述GaN勢(shì)壘層的生長(zhǎng)溫度為950°C，生長(zhǎng)壓力為500Torr，V /III比為10000，厚度為30nm ；
[0045](6)淺阱層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括15個(gè)阱壘依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InyGal_yN(0.2<x<0.5)勢(shì)阱層和η型摻雜GaN勢(shì)壘層依次生長(zhǎng)而成。所述InyGal-yN勢(shì)阱層的生長(zhǎng)溫度為800°C之間，生長(zhǎng)壓力為500Torr之間，V /III比為20000，厚度為5nm ;所述GaN勢(shì)壘層的生長(zhǎng)溫度為950°C，生長(zhǎng)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為150nm的低溫P型GaN層，生長(zhǎng)溫度在800°C之間，生長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為150nm的P型AlGaN層，生長(zhǎng)溫度為1000°C之間，生長(zhǎng)時(shí)間為lOmin，生長(zhǎng)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為300nm的高溫P型GaN層，生長(zhǎng)溫度為1000°C，生長(zhǎng)時(shí)間為25min，生長(zhǎng)壓力為500Torr, V /III比為3500 ；
[0049](10)所述高溫P型GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度在IOnm之間的P型接觸層，生長(zhǎng)溫度為850°C之間，生長(zhǎng)時(shí)間為5min，壓力為500Torr, V /III比為20000 ；
[0050](11)外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至900°C之間，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。
[0051]本實(shí)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；以硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑；以氮?dú)?N2)作為載氣。
[0052]實(shí)施例3
[0053]一種提高氮化鎵晶體質(zhì)量的復(fù)合成核層的生長(zhǎng)方法，其復(fù)合成核層外延結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次包括:襯底、低溫復(fù)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(zhǎng)方法具體包括以下步驟:
[0054](I)將襯底在1150°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；
[0055](2)襯底在高溫的氫氣環(huán)境下處理完成后，降溫生長(zhǎng)AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN復(fù)合成核層，所述的復(fù)合成核層生長(zhǎng)分為六步:[I]將溫度下降到550°C，生長(zhǎng)厚度為5nm，Al組分逐漸升高的AlGaN層，Al組分增加至30%，生長(zhǎng)壓力為500Torr，V /III比為500 ；[2]A1組分逐漸升高的AlGaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，停止通入三甲基鋁(TMA1)，在其他生長(zhǎng)條件不變的情況下生長(zhǎng)一層非摻雜GaN層，厚度為5nm;[3]非摻雜GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，停止通入TMGa，PN2環(huán)境下退火，退火溫度為900°C，退火時(shí)間為5min ； [4]PN2環(huán)境下退火結(jié)束后，生長(zhǎng)一層摻雜In的GaN層，生長(zhǎng)溫度為700°C，生長(zhǎng)壓力為500Torr，V /III比為800 ； [5] InGaN層結(jié)束后，停止通入TMIn，生長(zhǎng)溫度降至550°C，生長(zhǎng)一層Al組分逐漸降低的AlGaN層，Al組分由30%逐漸降至O，生長(zhǎng)壓力為500Torr，V /III比為500 ；[6]A1組分逐漸降低的AlGaN層結(jié)束后，停止通入所有MO源，再在PN2環(huán)境下退火，退火溫度為950°C，退火時(shí)間為5min ；
[0056](3)低溫復(fù)合成核層最后一步退火結(jié)束后，將溫度調(diào)節(jié)至1050°C，生長(zhǎng)一層外延生長(zhǎng)厚度為1.5 μ m的GaN非摻雜層，生長(zhǎng)壓力為200Torr, V / III比為500 ；
[0057](4) GaN非摻雜層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)一層Si摻雜濃度穩(wěn)定的N型GaN層，厚度為
3μ m，生長(zhǎng)溫度為1000°C，生長(zhǎng)壓力為400Torr，V /III比為400 ；
[0058](5)N型GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)淺阱層，淺阱包括15個(gè)依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子講結(jié)構(gòu)由InxGal_xN(0〈x〈0.1)勢(shì)講層和GaN勢(shì)魚層依次生長(zhǎng)而成,所述InxGal-xN勢(shì)阱層的生長(zhǎng)溫度為750-850°C，生長(zhǎng)壓力為，300Torr，V /III比為6000，厚度為2nm ;所述GaN勢(shì)壘層的生長(zhǎng)溫度為900°C，生長(zhǎng)壓力為300Torr，V / III比為2000，厚度為20nm ；
[0059](6)淺阱層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括6-15個(gè)阱壘依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InyGal_yN(0.2<x<0.5)勢(shì)阱層和η型摻雜GaN勢(shì)壘層依次生長(zhǎng)而成。所述InyGal-yN勢(shì)阱層的生長(zhǎng)溫度為750°C之間，生長(zhǎng)壓力為150Torr之間，V / III比為2050，厚度為3nm ;所述GaN勢(shì)壘層的生長(zhǎng)溫度為900°C，生長(zhǎng)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為90nm的低溫P型GaN層，生長(zhǎng)溫度在700°C之間，生長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為90nm的P型AlGaN層，生長(zhǎng)溫度為950°C之間，生長(zhǎng)時(shí)間為8min，生長(zhǎng)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為200nm的高溫P型GaN層，生長(zhǎng)溫度為950°C，生長(zhǎng)時(shí)間為15min，生長(zhǎng)壓力為300Torr, V /III比為1500 ；
[0063](10)所述高溫P型GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度在6nm之間的P型接觸層，生長(zhǎng)溫度為750°C之間，生長(zhǎng)時(shí)間為3min，壓力為400Torr, V /III比為15000 ；
[0064](11)外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至700°C之間，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。
[0065]本實(shí)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；以硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑；以氮?dú)?N2)作為載氣。
[0066]本發(fā)明通過在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN復(fù)合成核層以及插入適當(dāng)?shù)母邷赝嘶鸩襟E，一方面，可以減少氮化鎵與藍(lán)寶石襯底之間形成的高密度的位錯(cuò)，進(jìn)而降低了穿透位錯(cuò)對(duì)量子阱有源區(qū)的破壞，從而提高了氮化鎵基LED的內(nèi)量子效率和發(fā)光效率；另一方面，此種復(fù)合成核層晶體與藍(lán)寶石襯底匹配度相對(duì)較高，晶體質(zhì)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(fā)明的基本原理、主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)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(huì)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】
1.一種提高氮化鎵晶體質(zhì)量的復(fù)合成核層的生長(zhǎng)方法，其復(fù)合成核層外延結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次包括:襯底、低溫復(fù)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，其特征在于:其生長(zhǎng)方法具體包括以下步驟: Cl)將襯底在1100-120(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)襯底在高溫的氫氣環(huán)境下處理完成后，降溫生長(zhǎng)AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN復(fù)合成核層，所述的復(fù)合成核層生長(zhǎng)分為六步:[I]將溫度下降到500-650°C，生長(zhǎng)厚度為3-8nm，Al組分逐漸升高的AlGaN層，Al組分增加至30%，生長(zhǎng)壓力為400_600Torr，V / III比為200-2500 ；[2]A1組分逐漸升高的AlGaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，停止通入三甲基鋁(TMA1)，在其他生長(zhǎng)條件不變的情況下生長(zhǎng)一層非摻雜GaN層，厚度為3-8nm ； [3]非摻雜GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，停止通入TMGa，PN2環(huán)境下退火，退火溫度為800-1000°C，退火時(shí)間為3_6min ; [4]PN2環(huán)境下退火結(jié)束后，生長(zhǎng)一層摻雜In的GaN層，生長(zhǎng)溫度為600-800°C,生長(zhǎng)壓力為400-600Torr, V /III比為200-3000 ; [5] InGaN層結(jié)束后，停止通入TMIn,生長(zhǎng)溫度降至500-650°C，生長(zhǎng)一層Al組分逐漸降低的AlGaN層，Al組分由30%逐漸降至O，生長(zhǎng)壓力為400-600Torr, V /III比為200-2500 ；[6]A1組分逐漸降低的AlGaN層結(jié)束后，停止通入所有MO源，再在PN2環(huán)境下退火，退火溫度為900-1100°C，退火時(shí)間為3_8min ； (3)低溫復(fù)合成核層最后一步退火結(jié)束后，將溫度調(diào)節(jié)至1000-120(TC，生長(zhǎng)一層外延生長(zhǎng)厚度為1-2 μ m的GaN非摻雜層，生長(zhǎng)壓力為100_500Torr，V / III比為300-3500 ； (4)GaN非摻雜層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)一層Si摻雜濃度穩(wěn)定的N型GaN層，厚度為2_4μ m,生長(zhǎng)溫度為 950-1150°C，`生長(zhǎng)壓力為 300-500Torr，V /III比為 300-2500 ； (5)N型GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)淺阱層，淺阱包括5-20個(gè)依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子講結(jié)構(gòu)由InxGal_xN(0〈x〈0.1)勢(shì)講層和GaN勢(shì)魚層依次生長(zhǎng)而成,所述InxGal-xN勢(shì)阱層的生長(zhǎng)溫度為750-850°C，生長(zhǎng)壓力為100-500Torr，V /III比為500-10000，厚度為l_3nm ;所述GaN勢(shì)壘層的生長(zhǎng)溫度為850_950°C，生長(zhǎng)壓力為100_500Torr，V /III比為500-10000，厚度為 10-30nm; (6)淺阱層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括6-15個(gè)阱壘依次交疊的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)由InyGal_yN(0.2<x<0.5)勢(shì)阱層和η型摻雜GaN勢(shì)壘層依次生長(zhǎng)而成。所述InyGal-yN勢(shì)阱層的生長(zhǎng)溫度為700-800°C，生長(zhǎng)壓力為100-500Torr之間，V / III比為2000-20000，厚度為2_5nm ;所述GaN勢(shì)壘層的生長(zhǎng)溫度為850-950°C，生長(zhǎng)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為50-150nm的低溫P型GaN層，生長(zhǎng)溫度在650-800°C之間，生長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為50-150nm的P型AlGaN層，生長(zhǎng)溫度為900-1000°C之間，生長(zhǎng)時(shí)間為2-10min，生長(zhǎng)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(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為50_300nm的高溫P型GaN層，生長(zhǎng)溫度為 900-1000°C，生長(zhǎng)時(shí)間為 10-25min，生長(zhǎng)壓力為 100-500Torr, V /III比為 500-3500 ；(10 )所述高溫P型GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度在5-10nm之間的P型接觸層，生長(zhǎng)溫度為 650-850°C之間，生長(zhǎng)時(shí)間為 0.5-5min，壓力為 100-500Torr, V / III比為 10000-20000 ； (11)外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至600-900 V之間，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所述的一種提高氮化鎵晶體質(zhì)量的復(fù)合成核層的生長(zhǎng)方法，其特征在于:所述外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)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所述的一種提高氮化鎵晶體質(zhì)量的復(fù)合成核層的生長(zhǎng)方法，其特征在于:所述外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)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所述的一種提高氮化鎵晶體質(zhì)量的復(fù)合成核層的生長(zhǎng)方法，其特征在于:所述外延結(jié)構(gòu)的生 長(zhǎng)過程中以氮?dú)?N2)或氫氣(H2)作為載氣。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103824916SQ201410091144
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】張華 , 肖云飛 申請(qǐng)人:合肥彩虹藍(lán)光科技有限公司