專利名稱：一種新型gan基led量子阱有源區(qū)的外延生長方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GaN基材料的外延生長，尤其涉及GaN基藍綠光發(fā)光二極管的外延生長。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED, Light Emitting Diode)具有長壽、節(jié)能、環(huán)保、可靠性高等優(yōu)點，并且近年來，LED在大屏幕彩色顯示、交通信號燈和照明等領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用。但要在全彩屏顯示和照明領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛，LED的亮度有待進ー步的提升，生長成本還有待于進一歩降低。目前絕大多數(shù)GaN基藍綠光LED都是采用金屬有機化合物氣相沉積方法(M0CVD:Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)異質(zhì)外延生長在藍寶石(Al2O3)襯底上，但由 于GaN和藍寶石襯底間具有大的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)失配，會在界面處產(chǎn)生強的應(yīng)力作用，對于目前通用的藍綠光LED外延結(jié)構(gòu)，通常是采用生長很多周期的高低溫量子阱來釋放應(yīng)カ，而這種生長方法通常比較耗時，成本較高。因此，采用特殊的外延方法降低GaN外延層中的應(yīng)力，提高量子阱有源區(qū)材料的晶體質(zhì)量，同時縮短量子阱有源區(qū)的生長時間，降低生產(chǎn)成本，是滿足當(dāng)下LED行業(yè)發(fā)展形勢的基本要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種新型GAN基LED量子阱有源區(qū)的外延生長方法，通過采用特殊的InGaN/GaN量子阱有源區(qū)外延生長方法來提高量子阱有源區(qū)的整體質(zhì)量，進而提高發(fā)光效率；同時由于該方法生長的量子阱有源區(qū)較薄，相比于傳統(tǒng)的外延生長方法，整體可節(jié)約30%的生長時間。本發(fā)明的技術(shù)方案為ー種新型GAN基LED量子阱有源區(qū)的外延生長方法，該芯片包括襯底以及依次層疊于襯底上的緩沖層、u-GaN, η型GaN、量子阱有源區(qū)、p型GaN，其特征在于量子阱有源區(qū)中的量子壘的生長方法步驟在純氮氣氛下生長完量子阱后，先切換為純氫氣氛生長一段時間量子壘，然后再切換成純氮氣氛再生長一段時間量子壘，即量子壘的生長氣氛是純氮純氫氣氛切換；在量子阱長完后，先生長ー層較厚的純氫量子壘，然后在純氮氣氛下等待一段時間，之后再生長ー層純氮量子壘。量子壘的生長溫度比量子阱的溫度高O 35°C。純氫量子壘35 45 ±矣，純氮量子壘5 10埃。所述的量子壘生長過程中純氮氣氛下的等待階段，等待時間約I 5分鐘。本發(fā)明的優(yōu)點在干本發(fā)明外延方法生長的量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)，量子壘是在近乎量子阱的低溫下生長的，有利于材料中應(yīng)カ的釋放；另外由于量子壘相當(dāng)厚的部分是在純氫氣氛下外延生長，而純氫氣氛有利于在低溫下生長較高質(zhì)量的GaN量子壘，所以量子壘的質(zhì)量不受影響，為下一歩生長高質(zhì)量的量子阱奠定了良好的基礎(chǔ)；純氫量子壘生長完切換為純氮氣氛后等待一段時間再生長較薄的GaN量子壘以保證開始生長量子阱時不受殘留氫氣的影響，尤其是量子壘溫度近乎同于量子阱生長溫度，所以量子壘升溫生長過程對量子阱造成的影響相對較小，所以相比于傳統(tǒng)的生長方法，該發(fā)明方法更有利于生長高質(zhì)量的量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)，進而提高發(fā)光效率；另外由于該發(fā)明方法生長的量子阱有源區(qū)較薄，相比于傳統(tǒng)的外延生長方法，整體可節(jié)約30%的生長時間。


圖I是傳統(tǒng)的GaN基藍綠光LED外延結(jié)構(gòu)；
圖2是傳統(tǒng)的GaN基LED量子阱有源區(qū)的外延生長方法；
圖3是本發(fā)明的GaN基LED量子阱有源區(qū)的外延生長方法，圖中黑色部分表示量子壘的生長溫度在此區(qū)間均可。圖中
襯底ー 100、緩沖層一 101、u-GaN — 102、n型GaN——103、有源區(qū)中的量子講——104、有源區(qū)中的量子壘——105、整個有源區(qū)——106、P型GaN——107。量子阱ー 200、氮氣魚一 201、三甲基銦ー 202、三こ基鎵——203、氫氣——204、氮氣-205。氫氣壘一 300、氮氣魚一 301、量子講ー 302、三甲基銦ー 303、三こ基鎵——304、氫氣——305、氮氣——306。
具體實施例方式ー種新型GaN基LED量子阱有源區(qū)的外延生長方法，具體為襯底上的緩沖層、U-GaN層、η-GaN、量子阱有源層、P GaN，如圖I所示。上述方案中，其特點在于量子阱有源區(qū)的外延生長方法。傳統(tǒng)量子阱有源區(qū)生長方法為在760°C純氮氣氛條件下外延生長完量子阱之后，溫度升高120°C至880°C同時切換為氮氫混合氣氛條件后開始生長量子壘，量子壘生長完成后再降溫至760°C，同時將氮氫混合氣氛切換為純氮氣氛開始生長新一周期的量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)，直至生長完量子阱有源區(qū)的整個周期，如圖2所示。而該發(fā)明的新型量子阱有源區(qū)的生長方法為在760°C純氮氣氛條件下外延生長完量子阱之后，溫度升高，同時先將氣氛切換為純氫生長一段GaN量子壘，隨后再將氣氛切換為純氮，切換為純氮氣氛后等待約I 5min后，再開始生長一段較薄量子壘完成一個周期的量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)，然后再將溫度降低至量子阱生長溫度760°C開始新一周期的量子阱有源區(qū)生長，根據(jù)需要生長完整個周期的量子阱有源區(qū)，如圖3所示。即該發(fā)明與傳統(tǒng)量子阱有源區(qū)生長不同之處主要在于量子壘的生長溫度、氣氛和方式即傳統(tǒng)的量子壘生長溫度比量子阱高120°C，而該發(fā)明量子壘比量子阱高O 35V ;傳統(tǒng)的量子壘為氮氫混合氣氛生長，而該發(fā)明的量子壘為先在純氫氣氛下長一層較厚的純氫壘再在純氮氣氛下生長ー層較薄的純氮壘，且在生長完純氫壘將氣氛切換為純氮氣氛后等待約I 5min驅(qū)趕氫氣，之后再生長純氮壘，以避免殘留氫氣對后續(xù)量子阱的生長造成影響。本實施例以GaN基藍光LED外延生長為例，具體說明本發(fā)明的LED外延生長方法的步驟。以下生長過程均是采用MOCVD法在MOCVD反應(yīng)腔中進行的。實施例一、I) 將(OOOl)晶向的藍寶石襯底放置石墨盤上并送入反應(yīng)腔中，加熱至1060°C對藍寶石襯底進行5min的熱處理。
2)降溫至540°C生長約30 70nm厚的低溫緩沖層。3)升溫至1080°C生長約Ium厚的不摻雜的GaN層。4)生長約I. 7um厚的摻Si的n GaN層。5)生長不摻雜的6個周期InGaN/GaN量子阱有源層，具體為先降溫至量子阱生長溫度760°C同時氣氛切換為純氮氣氛，生長約30埃的InGaN量子阱，隨后保持溫度760V不變，將氣氛切換為純氫氣氛，生長約35 45埃的GaN壘，然后再將氣氛切換為純氮氣氛，等待約I 5min后再生長約5 10埃的GaN壘，至此ー個周期的量子阱有源區(qū)已生長完，接下來繼續(xù)從量子阱開始生長，重復(fù)生長5個量子阱有源區(qū)。6)生長約150nm厚的摻Mg的p GaN層。實施例ニ
I) 將(0001)晶向的藍寶石襯底放置石墨盤上并送入反應(yīng)腔中，加熱至1060°C對藍寶石襯底進行5min的熱處理。2)降溫至540°C生長約30 70nm厚的低溫緩沖層。3)升溫至1080°C生長約Ium厚的不摻雜的GaN層。4)生長約I. 7um厚的摻Si的n GaN層。5)生長不摻雜的6個周期InGaN/GaN量子阱有源層，具體為先降溫至量子阱生長溫度760°C同時氣氛切換為純氮氣氛，生長約30埃的InGaN量子阱，隨后升溫至780V同時將氣氛切換為純氫氣氛，生長約35 45埃的GaN壘，然后再將氣氛切換為純氮氣氛，等待約I 5min后再生長約5 10埃的GaN壘，至此ー個周期的量子阱有源區(qū)已生長完，接下來將溫度降至760°C繼續(xù)從量子阱開始生長，重復(fù)生長5個量子阱有源區(qū)。6)生長約150nm厚的摻Mg的p GaN層。實施例三
I) 將(0001)晶向的藍寶石襯底放置石墨盤上并送入反應(yīng)腔中，加熱至1060°C對藍寶石襯底進行5min的熱處理。2)降溫至540°C生長約30 70nm厚的低溫緩沖層。3)升溫至1080°C生長約Ium厚的不摻雜的GaN層。4)生長約I. 7um厚的摻Si的n GaN層。5)生長不摻雜的6個周期InGaN/GaN量子阱有源層，具體為先降溫至量子阱生長溫度760°C同時氣氛切換為純氮氣氛，生長約30埃的InGaN量子阱，隨后升溫至795°C同時將氣氛切換為純氫氣氛，生長約35 45埃的GaN壘，然后再將氣氛切換為純氮氣氛，等待約I 5min后再生長約5 10埃的GaN壘，至此ー個周期的量子阱有源區(qū)已生長完，接下來將溫度降至760°C繼續(xù)從量子阱開始生長，重復(fù)生長5個量子阱有源區(qū)。6)生長約150nm厚的摻Mg的p GaN層。本發(fā)明的其它條件，同例可證，這里不再一一列挙。
權(quán)利要求
1.ー種新型GAN基LED量子阱有源區(qū)的外延生長方法，該芯片包括襯底以及依次層疊于襯底上的緩沖層、u-GaN、n型GaN、量子阱有源區(qū)、p型GaN，其特征在于量子阱有源區(qū)中的量子壘的生長方法步驟在純氮氣氛下生長完量子阱后，先切換為純氫氣氛生長ー層較厚的純氫量子壘，然后切換為純氮氣氛，并在純氮氣氛下等待一段時間，之后再生長ー層較薄的純氮量子壘，即量子壘是通過純氮純氫氣氛的切換分別生長一層較厚的純氫壘和ー層較薄的純氮壘。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述新型GAN基LED量子阱有源區(qū)的外延生長方法，其特征在于量子壘的生長溫度比量子阱的溫度高O 35°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述新型GAN基LED量子阱有源區(qū)的外延生長方法，其特征在于純氫量子壘厚35 45埃，純氮量子壘厚5 10埃。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述新型GAN基LED量子阱有源區(qū)的外延生長方法，其特征在于所述的量子壘生長過程中純氮氣氛下的等待階段，等待時間I 5分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開一種新型GAN基LED量子阱有源區(qū)的外延生長方法，該芯片包括襯底以及依次層疊于襯底上的緩沖層、u-GaN、n型GaN、量子阱有源區(qū)、p型GaN，量子阱有源區(qū)中的量子壘的生長方法步驟在純氮氣氛下生長完量子阱后，先切換為純氫氣氛生長一層較厚的純氫量子壘，然后切換為純氮氣氛，并在純氮氣氛下等待一段時間，之后再生長一層較薄的純氮量子壘，即量子壘是通過純氮純氫氣氛的切換分別生長一層較厚的純氫壘和一層較薄的純氮壘。該發(fā)明方法能有效地提高量子阱有源區(qū)的整體質(zhì)量，進而提高發(fā)光效率；同時由于該方法生長的量子阱有源區(qū)較薄，相比于傳統(tǒng)的外延生長方法，整體可節(jié)約30％的生長時間。
文檔編號H01L33/00GK102709414SQ20121018994
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者劉榕, 孫玉芹, 王江波, 魏世禎 申請人:華燦光電股份有限公司