一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法,抑制線型位錯的外延結構：在高溫u-GaN層4/5厚度處，插入一層50-200nm非摻u-AlGaN外延層；在高溫n-GaN層1/3厚度處，插入一層4-8個周期的n-AlGaN/GaN超晶格層；在低摻雜n-GaN層后生長一層2-6nm低摻n-AlGaN層；2）抑制V型缺陷漏電的外延結構：在MQW最后一個壘后生長一層10-50nm非摻AlGaN層；在低溫p-GaN和高溫p-GaN層中間插入一層50-200nm低摻p-AlGaN層。本發(fā)明可以有效降低GaN外延層內(nèi)線性位錯和V型缺陷密度，減少芯片內(nèi)部的漏電通道，有效改善芯片的反向漏電；使用本發(fā)明外延工藝后生產(chǎn)的9*9mil芯片漏電測試平均值Ir=0.0038uA@-8V。
【專利說明】—種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及氮化鎵基LED制備【技術領域】，具體為一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法。
【背景技術】
[0002]半導體發(fā)光二極管(light-emission diodes, LED)因其具有體積小、能耗低、壽命長、環(huán)保耐用等優(yōu)點，已在指示燈、顯示屏、背光源等領域得到很好的應用。目前藍、綠光LED主要使用GaN作為基體材料，由于GaN襯底的缺乏，目前GaN外延層主要利用藍寶石(Al2O3)作為外延襯底材料。但因GaN與藍寶石襯底之間存在較大的晶格失配(>11%)和較大的熱膨脹系數(shù)差異，導致在GaN外延層內(nèi)存在高密度(?IO8-1OicicnT2)位錯等晶格缺陷。透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)等研究[M.Shiojiri,atl, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS99, 073505]表明，GaN外延層中的位錯會隨著外延生長穿透多量子阱區(qū)延伸到外延層的表面，形成穿透位錯。由于多量子阱區(qū)是由量子阱InGaN和量子壘GaN交替生長的，因InGaN與GaN層存在晶格失配，導致多量子阱區(qū)產(chǎn)生應力并不斷的積聚，部分位錯線在量子阱的生長過程中因進一步的應力作用而被發(fā)展放大，形成V型缺陷(密度?108-109cnT2)，并且V型缺陷一旦形成便會隨著外延層的生長繼續(xù)放大。這些大量存在的穿透位錯和V型缺陷成為了 LED芯片的最主要漏電通道，空穴和電子會通過穿透位錯線和V型缺陷形成非輻射符合，降低器件內(nèi)量子效率，惡化器件性能。研究[Y.Chen, atl, Applied Physics Letters72, 710]表明，在GaN上外延AlGaN層，可以顯著抑制GaN外延層內(nèi)的線性缺陷和V型缺陷密度，但是一般AlGaN層插入會增加器件的正向電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所解決的技術問題在于提供一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法，以解決上述【背景技術】中的問題。
[0004]本發(fā)明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現(xiàn):一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法，其LED外延結構從下向上的順序依次包括:藍寶石襯底、低溫成核層、高溫GaN緩沖層、高溫非摻雜GaN層、非摻雜AlGaN插入層、高溫非摻雜GaN層、高溫η型GaN層、η型摻雜AlGaN層、高溫η型GaN層、高溫低摻η型GaN層、低摻η型AlGaN插入層、淺量子阱結構SW、多量子阱發(fā)光層結構MQW、非摻AlGaN插入層、低溫ρ型GaN層、ρ型AlGaN層、高溫P型GaN層、P型GaN接觸層，其制備方法包括以下具體步驟:
[0005](I)將藍寶石襯底在氫氣氣氛里進行退火，清潔所述襯底表面，溫度為1050-1150°C，然后進行氮化處理；
[0006](2)將溫度下降到500-620°C，生長25-40nm厚的低溫GaN成核層，生長壓力為400-650Torr, V / III摩爾比為 500-3000 ；
[0007](3)所述低溫GaN成核層生長結束后，停止通入TMGa，進行原位退火處理，退火溫度升高至1000-1100°C，退火時間為5-10min ;退火之后，將溫度調(diào)節(jié)至900-1050°C，夕卜延生長厚度為0.2-lum間的高溫GaN緩沖層，生長壓力為400_650Torr，V / III摩爾比為500-3000 ；
[0008](4)所屬高溫GaN緩沖層生長結束后，先生長一層非摻雜的U-GaN層，生長厚度在1-2.5um之間，生長過程溫度為1050-1200°C，生長壓力為100_600Torr，V /III摩爾比為300-3000 ;在U-GaN層結束后，生長一層非摻雜U-AlGaN層，生長厚度為100-500nm，生長過程溫度為1000-1100°C，生長壓力為50-300Torr，V / III摩爾比為20-200，Al組分濃度為20%-50%;在生長U-AlGaN層結束后，再生長一層高溫非摻U-GaN層，生長厚度為
0.5-1.5um，其生長條件和生長U-GaN層相同；
[0009](5)所述復合非摻雜U-GaN層生長結束后,先生長一層摻雜濃度穩(wěn)定的n_GaN層，厚度為0.5-1.5um，生長溫度為1050-1200°C，生長壓力為100-600Torr, V /III摩爾比為300-3000，Si摻雜濃度為1017-1019cm_3 ;在生長n-GaN層結束后，生長一層4-8個周期的η-AlGaN/GaN超晶格層，生長過程溫度為950-1100°C，生長壓力為50_300Torr，V / III摩爾比為20-200，其中AlGaN層，厚度為5_15nm，Al組分為20%_50%，Si組分為1%_5%，其中GaN層厚度為3-10nm，Si組分為2%_6% ;在生長η-AlGaN/GaN超晶格層結束后，再生長一層摻雜濃度穩(wěn)定的n-GaN層，厚度為1.5_3um，生長溫度、壓力、V / III摩爾比條件與n_GaN層生長條件相同；在n-GaN層生長結束后，生長一層低摻雜濃度的n-GaN層，厚度為200_500nm，Si摻雜濃度為1015-1017cm_3，生長溫度、壓力、V / III摩爾比條件與n-GaN層生長條件相同；低摻n-GaN層生長結束后，生長一層低摻n_AlGaN層，厚度為20_100nm，Al組分為20%_50%，Si組分為1%_5%，生長過程溫度為950-1100°C，生長壓力為50_300Torr，V / III摩爾比為300-3000 ；
[0010](6)所述復合η型GaN層生長結束后，生長淺量子阱結構SW，淺量子阱SW由5-20個周期的InxGagN / GaN阱壘結構組成，其中淺阱InxGai_xN (x=0.1-0.5)層的厚度為2_5nm，淺壘GaN層厚度為10-30nm，生長溫度為800_950°C，生長壓力為100-600Torr，V / III摩爾比為 300-5000 ；
[0011](7)淺量子阱SW生長結束后，生長多周期量子阱MQW發(fā)光層，發(fā)光層多量子阱由5-15個周期的InyGa1J / GaN阱壘結構組成，其中量子阱InyGa1J(y=0.1-0.3)層的厚度為2-5nm，生長溫度為700-800°C，壓力為100_500Torr，V /III摩爾比為300-5000 ;其中壘層GaN的厚度為8-15nm，生長溫度為800-950°C，生長壓力為100_500Torr，V / III摩爾比為300-5000，壘層GaN進行低濃度Si摻雜，Si組分為0.5%_3% ;在多量子阱MQW的最后一個壘生長結束后，生長一層非摻AlGaN層，厚度為10-50nm，Al組分為20%_50%，生長溫度為800-950°C，生長壓力為 100-500Torr，V / III摩爾比為 300-5000 ；
[0012](8)所述發(fā)光層多量子阱生長結束后，以N2作為載氣生長低溫厚度50_200nm的低溫P型GaN層，生長溫度為650-800°C，生長壓力為100_500Torr，V / III摩爾比為300-5000, Mg 的摩爾組分為 0.3%-1% ；
[0013](9)所述低溫P型GaN層生長結束后，生長厚度為50_200nm的ρ型AlGaN層，生長溫度為900-1100°C，生長時間為3-10min，生長壓力為20_200Torr，V / III摩爾比為1000-20000, ρ型AlGaN層的Al的摩爾組分為10%_30%，Mg的摩爾組分為0.05%-0.3% ；
[0014](10)所述ρ型AlGaN層生長結束后，生長高溫ρ型GaN層，生長厚度為100_800nm，生長溫度為850-1000°C，生長壓力為100-500Torr，V / III摩爾比為300-5000，Mg摻雜濃度為 1017-1018cnT3 ；
[0015](11)所述P型GaN層生長結束后，生長厚度為5_20nm的ρ型GaN接觸層，生長溫度為 850-1050°C，生長壓力為 100-500Torr，V /III摩爾比為 1000-5000 ；
[0016](12)外延生長結束后，將反應室的溫度降至650-800°C，采用純氮氣氛圍進行退火處理5-10min，然后降至室溫，結束生長；外延結構經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕后續(xù)半導體加工工藝制成單顆小尺寸芯片。
[0017]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。
[0018]所述外延結構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。
[0019]所述外延結構的生長過程中以氫氣(H2)或氮氣(N2)作為載氣。
[0020]與已公開技術相比，本發(fā)明存在以下優(yōu)點:本發(fā)明可以有效降低GaN外延層內(nèi)線性位錯和V型缺陷密度，其中線性位錯密度可控制在4 X IO9CnT2內(nèi)，V型缺陷密度可控制在3X IO8CnT2內(nèi)，并對開口較大的V型缺陷進行底部填堵，減少芯片內(nèi)部的漏電通道，有效改善芯片的反向漏電；因對各層插入的AlGaN層厚度及摻雜量的控制，并不會帶來芯片正向電壓的明顯增高，并且可以幫助芯片電流擴展，提高亮度。芯片，使用常規(guī)外延工藝生產(chǎn)的芯片漏電(Ir)測試平均值Ir=0.0352uA@-8V，使用本發(fā)明外延工藝后生產(chǎn)的芯片漏電測試平均值Ir=0.0038uA@-8V。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的多量子阱后非摻AlGaN插入層和ρ-AlGaN層對V型缺陷填堵示意圖；
[0022]圖2為使用普通外延工藝的9mil*9mil芯片漏電Ir測試結果分布；
[0023]圖3為本發(fā)明外延工藝實施后的9mil*9mil芯片漏電Ir測試結果分布。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的技術手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達成目的與功效易于明白了解，下面將結合本發(fā)明實施例，對本發(fā)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(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，本領域普通技術人員在沒有做出創(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)明保護的范圍。
[0025]實施例1
[0026]一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法，其LED外延結構從下向上的順序依次包括:藍寶石襯底、低溫成核層、高溫GaN緩沖層、高溫非摻雜GaN層、非摻雜AlGaN插入層、高溫非摻雜GaN層、高溫η型GaN層、η型摻雜AlGaN層、高溫η型GaN層、高溫低摻η型GaN層、低摻η型AlGaN插入層、淺量子阱結構SW、多量子阱發(fā)光層結構MQW、非摻AlGaN插入層、低溫P型GaN層、ρ型AlGaN層、聞溫ρ型GaN層、ρ型GaN接觸層，其制備方法包括以下具體步驟:
[0027](I)將藍寶石襯底在氫氣氣氛里進行退火，清潔所述襯底表面，溫度為1050°C，然后進行氮化處理；
[0028](2)將溫度下降到500°C，生長25nm厚的低溫GaN成核層，生長壓力為400Torr，
V/III摩爾比為500 ；
[0029](3)所述低溫GaN成核層生長結束后，停止通入TMGa，進行原位退火處理，退火溫度升高至1000°c，退火時間為5min ;退火之后，將溫度調(diào)節(jié)至900°C，外延生長厚度為0.2um的高溫GaN緩沖層，生長壓力為400Torr，V / III摩爾比為500 ；
[0030](4)所屬高溫GaN緩沖層生長結束后，先生長一層非摻雜的U-GaN層，生長厚度為lum，生長溫度為1050°C，生長壓力為lOOTorr，V /III摩爾比為300 ;在U-GaN層結束后，生長一層非摻雜U-AlGaN層，生長厚度為lOOnm，生長過程溫度為1000°C，生長壓力為50Torr，
V/ III摩爾比為20，Al組分濃度為20% ;在生長U-AlGaN層結束后，再生長一層高溫非摻U-GaN層，生長厚度為0.5um，其生長條件和生長U-GaN層相同；
[0031](5)所述高溫復合U-GaN層生長結束后,先生長一層摻雜濃度穩(wěn)定的n_GaN層,厚度為0.5um，生長溫度為1050°C，生長壓力為lOOTorr，V /III摩爾比為300，Si摻雜濃度為IO17Cm-3 ;在生長n-GaN層結束后，生長一層4個周期的η-AlGaN/GaN超晶格層，生長過程溫度為950°C，生長壓力為50Torr，V /III摩爾比為20，其中AlGaN層，厚度為5nm，Al組分為20%，Si組分為1%，其中GaN層厚度為3nm，Si組分為2% ;在生長η-AlGaN/GaN超晶格層結束后，再生長一層摻雜濃度穩(wěn)定的n-GaN層，厚度為1.5um,生長溫度、壓力、V /III摩爾比條件與n-GaN層生長條件相同；在n_GaN層生長結束后，生長一層低摻雜濃度的n_GaN層，厚度為200nm，Si摻雜濃度為1015cm_3，生長溫度、壓力、V / III摩爾比條件與n_GaN層生長條件相同；低摻n-GaN層生長結束后，生長一層低摻n-AlGaN層，厚度為20nm，Al組分為20%，Si組分為1%_5%，生長過程溫度為950°C，生長壓力為50Torr，V / III摩爾比為300 ；
[0032](6)所述復合η型GaN層生長結束后，生長淺量子阱結構SW，淺量子阱SW由5個周期的InxGagN / GaN阱壘結構組成，其中淺阱InxGai_xN (x=0.1-0.5)層的厚度為2nm，淺壘GaN層厚度為10nm，生長溫度為800°C，生長壓力為lOOTorr，V /III摩爾比為300 ；
[0033](7)淺量子阱SW生長結束后，生長多周期量子阱MQW發(fā)光層，發(fā)光層多量子阱由5個周期的InyGa1J / GaN阱壘結構組成，其中量子阱InyGa1J(y=0.1-0.3)層的厚度為2nm，生長溫度為700°C，壓力為lOOTorr，V /III摩爾比為300 ;其中壘層GaN的厚度為8nm，生長溫度為800°C，生長壓力為lOOTorr，V / III摩爾比為300，壘層GaN進行低濃度Si摻雜，Si組分為0.5% ;在多量子阱MQW最后一個壘生長結束后，生長一層非摻AlGaN層，厚度為10nm，Al組分為20%，生長溫度為800°C，生長壓力為lOOTorr，V / III摩爾比為300 ；
[0034](8)所述發(fā)光層多量子阱生長結束后，以N2作為載氣生長厚度50nm的低溫ρ型GaN層，生長溫度為650°C，生長壓力為lOOTorr，V / III摩爾比為300，Mg的摩爾組分為0.3% ；
[0035](9 )所述低溫ρ型GaN層生長結束后，生長厚度為50nm的ρ型AlGaN層，生長溫度為900°C，生長時間為3min，生長壓力為20Torr, V /III摩爾比為1000，ρ型AlGaN層的Al的摩爾組分為10%，Mg的摩爾組分為0.05% ；
[0036](10)所述ρ型AlGaN層生長結束后，生長高溫P型GaN層，生長厚度為lOOnm，生長溫度為850°C，生長壓力為lOOTorr，V /III摩爾比為300，Mg摻雜濃度為IO17CnT3 ；
[0037](11)所述P型GaN層生長結束后，生長厚度為5nm的ρ型GaN接觸層，生長溫度為850°C，生長壓力為lOOTorr, V /III摩爾比為1000 ；[0038](12)外延生長結束后，將反應室的溫度降至650°C，采用純氮氣氛圍進行退火處理5min，然后降至室溫，結束生長；外延結構經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕后續(xù)半導體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，以氫氣(H2)作為載氣。
[0040]實施例2
[0041]一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法，其LED外延結構從下向上的順序依次包括:藍寶石襯底、低溫成核層、高溫GaN緩沖層、高溫非摻雜GaN層、非摻雜AlGaN插入層、高溫非摻雜GaN層、高溫η型GaN層、η型摻雜AlGaN層、高溫η型GaN層、高溫低摻η型GaN層、低摻η型AlGaN插入層、淺量子阱結構SW、多量子阱發(fā)光層結構MQW、非摻AlGaN插入層、低溫P型GaN層、ρ型AlGaN層、聞溫ρ型GaN層、ρ型GaN接觸層，其制備方法包括以下具體步驟:
[0042](I)將藍寶石襯底在氫氣氣氛里進行退火，清潔所述襯底表面，溫度為1050-1150°C，然后進行氮化處理；
[0043](2)將溫度下降到620°C，生長40nm厚的低溫GaN成核層，生長壓力為650Torr，
V/III摩爾比為3000 ；
[0044](3)所述低溫GaN成核層生長結束后，停止通入TMGa，進行原位退火處理，退火溫度升高至1100°c，退火時間為IOmin ;退火之后，將溫度調(diào)節(jié)至1050°C，外延生長厚度為Ium的高溫GaN緩沖層，生長壓力為650Torr，V / III摩爾比為3000 ；
[0045](4)所屬高溫GaN緩沖層生長結束后，先生長一層非摻雜的U-GaN層，生長厚度為
2.5um，生長溫度為1200°C，生長壓力為600Torr, V / III摩爾比為3000 ;在U-GaN層結束后，生長一層非摻雜U-AlGaN層，生長厚度為500nm，生長過程溫度為1100°C，生長壓力為300Torr, V / III摩爾比為200，Al組分濃度為50% ;在生長U-AlGaN層結束后，再生長一層高溫非摻U-GaN層，生長厚度為1.5um，其生長條件和生長U-GaN層相同；
[0046](5)所述高溫復合U-GaN層生長結束后,先生長一層摻雜濃度穩(wěn)定的n_GaN層,厚度為1.5um,生長溫度為1200°C，生長壓力為600Torr，V / III摩爾比為3000，Si摻雜濃度為IO19CnT3 ;在生長n-GaN層結束后，生長一層8個周期的η-AlGaN/GaN超晶格層，生長過程溫度為1100°C，生長壓力為300Torr, V /III摩爾比為200，其中AlGaN層，厚度為15nm，Al組分為50%，Si組分為5%，其中GaN層厚度為10nm，Si組分為6% ;在生長η-AlGaN/GaN超晶格層結束后，再生長一層摻雜濃度穩(wěn)定的n-GaN層，厚度為3um，生長溫度、壓力、V / III摩爾比條件與n-GaN層生長條件相同；在n_GaN層生長結束后，生長一層低摻雜濃度的n_GaN層，厚度為500nm，Si摻雜濃度為1017cm_3，生長溫度、壓力、V / III摩爾比條件與n_GaN層生長條件相同；低摻n-GaN層生長結束后，生長一層低摻n-AlGaN層,厚度為IOOnm, Al組分為50%，Si組分為5%，生長過程溫度為1100°C，生長壓力為300Torr，V / III摩爾比為3000 ；
[0047](6)所述符合η型GaN層生長結束后，生長淺量子阱結構SW，淺量子阱SW由20個周期的InxGagN / GaN阱壘結構組成，其中淺阱InxGai_xN (x=0.1-0.5)層的厚度為5nm，淺壘GaN層厚度為30nm，生長溫度為950°C，生長壓力為600Torr，V /III摩爾比為5000 ；
[0048](7)淺量子阱SW生長結束后，生長多周期量子阱MQW發(fā)光層，發(fā)光層多量子阱由15個周期的InyGa1J / GaN阱壘結構組成，其中量子阱InyGa1J(y=0.1-0.3)層的厚度為5nm，生長溫度為800°C，壓力為500Torr，V /III摩爾比為5000 ;其中壘層GaN的厚度為15nm，生長溫度為950°C，生長壓力為500Torr，V / III摩爾比為5000，壘層GaN進行低濃度Si摻雜，Si組分為3% ;在多量子阱MQW的最后一個壘生長結束后，生長一層非摻AlGaN層，厚度為50nm，Al組分為50%，生長溫度為950°C，生長壓力為500Torr，V / III摩爾比為5000 ；
[0049](8)所述發(fā)光層多量子阱生長結束后，以N2作為載氣生長厚度為200nm的低溫ρ型GaN層，生長溫度為800°C，生長壓力為500Torr，V / III摩爾比為5000，Mg的摩爾組分為1% ；
[0050](9)所述低溫ρ型GaN層生長結束后，生長厚度為200nm的ρ型AlGaN層，生長溫度為1100°C，生長時間為lOmin，生長壓力為200Torr，V / III摩爾比為20000，ρ型AlGaN層的Al的摩爾組分為30%，Mg的摩爾組分為0.3% ；
[0051](10)所述ρ型AlGaN層生長結束后，生長高溫P型GaN層，生長厚度為800nm，生長溫度為1000°c，生長壓力為500Torr，V /III摩爾比為5000，Mg摻雜濃度為IO18CnT3 ；
[0052](11)所述P型GaN層生長結束后，生長厚度為20nm的ρ型GaN接觸層，生長溫度為1050°C，生長壓力為500Torr, V /III摩爾比為5000 ；
[0053](12)外延生長結束后，將反應室的溫度降至800°C，采用純氮氣氛圍進行退火處理lOmin，然后降至室溫，結束生長；外延結構經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕后續(xù)半導體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，以氫氣(H2)作為載氣。
[0055]實施例3
[0056]一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法，其LED外延結構從下向上的順序依次包括:藍寶石襯底、低溫成核層、高溫GaN緩沖層、高溫非摻雜GaN層、非摻雜AlGaN插入層、高溫非摻雜GaN層、高溫η型GaN層、η型摻雜AlGaN層、高溫η型GaN層、高溫低摻η型GaN層、低摻η型AlGaN插入層、淺量子阱結構SW、多量子阱發(fā)光層結構MQW、非摻AlGaN插入層、低溫P型GaN層、ρ型AlGaN層、聞溫ρ型GaN層、ρ型GaN接觸層，其制備方法包括以下具體步驟:
[0057](I)將藍寶石襯底在氫氣氣氛里進行退火，清潔所述襯底表面，溫度為110(TC，然后進行氮化處理；
[0058](2)將溫度下降到520°C，生長30nm厚的低溫GaN成核層，生長壓力為550Torr，
V/III摩爾比為2000 ；
[0059](3)所述低溫GaN成核層生長結束后，停止通入TMGa，進行原位退火處理，退火溫度升高至1050°C，退火時間為6min ;退火之后，將溫度調(diào)節(jié)至950°C，外延生長厚度為0.5um的高溫GaN緩沖層，生長壓力為450Torr，V / III摩爾比為2000 ；
[0060](4)所屬高溫GaN緩沖層生長結束后，先生長一層非摻雜的U-GaN層，生長厚度為
1.5um，生長溫度為1100°C，生長壓力為500Torr，V /III摩爾比為2000 ;在生長U-GaN層結束后，生長一層非摻雜U-AlGaN層，生長厚度為300nm，生長過程溫度為1050 V，生長壓力為200Torr, V / III摩爾比為100，Al組分濃度為30% ;在生長U-AlGaN層結束后，再生長一層高溫非摻U-GaN層，生長厚度為0.8um,其生長條件和生長U-GaN層相同；
[0061](5)所述高溫復合U-GaN層生長結束后，先生長一層摻雜濃度穩(wěn)定的n_GaN層，厚度為0.8um,生長溫度為1100°C，生長壓力為500Torr，V / III摩爾比為2000，Si摻雜濃度為IO18CnT3 ;在生長n-GaN層結束后，生長一層6個周期的η-AlGaN/GaN超晶格層，生長過程溫度為1000°C，生長壓力為200Torr，V /III摩爾比為100，其中AlGaN層，厚度為10nm，Al組分為30%，Si組分為3%，其中GaN層厚度為6nm，Si組分為5% ;在生長η-AlGaN/GaN超晶格層結束后，再生長一層摻雜濃度穩(wěn)定的n-GaN層，厚度為2um，生長溫度、壓力、V / III摩爾比條件與n-GaN層生長條件相同；在n_GaN層生長結束后，生長一層低摻雜濃度的n_GaN層，厚度為300nm，Si摻雜濃度為1016cm_3，生長溫度、壓力、V / III摩爾比條件與n_GaN層生長條件相同；低摻n-GaN層生長結束后，生長一層低摻n-AlGaN層,厚度為60nm, Al組分為40%，Si組分為4%，生長過程溫度為1000°C，生長壓力為200Torr，V / III摩爾比為1000 ；
[0062](6)所述復合η型GaN層生長結束后，生長淺量子阱結構SW，淺量子阱SW由15個周期的InxGagN / GaN阱壘結構組成，其中淺阱InxGai_xN (x=0.1-0.5)層的厚度為3nm，淺壘GaN層厚度為20nm，生長溫度為850°C，生長壓力為500Torr，V /III摩爾比為3000 ；
[0063](7)淺量子阱SW生長結束后，生長多周期量子阱MQW發(fā)光層，發(fā)光層多量子阱由10個周期的InyGa1J / GaN阱壘結構組成，其中量子阱InyGa1J(y=0.1-0.3)層的厚度為3nm，生長溫度為750°C，壓力為400Torr，V /III摩爾比為2000 ;其中壘層GaN的厚度為12nm，生長溫度為850°C，生長壓力為400Torr，V / III摩爾比為2000，壘層GaN進行低濃度Si摻雜，Si組分為2% ;在多量子阱MQW最后一個壘生長結束后，生長一層非摻AlGaN層，厚度為30nm, Al組分為40%，生長溫度為850°C，生長壓力為300Torr，V / III摩爾比為3000 ；
[0064](8)所述發(fā)光層多量子阱生長結束后，以N2作為載氣生長低溫厚度IOOnm的低溫P型GaN層，生長溫度為700°C，生長壓力為300Torr，V / III摩爾比為2000,Mg的摩爾組分為 0.5% ；
[0065](9)所述低溫ρ型GaN層生長結束后，生長厚度為IOOnm的ρ型AlGaN層，生長溫度為1000°C，生長時間為8min，生長壓力為IOOTorr, V /III摩爾比為10000，ρ型AlGaN層的Al的摩爾組分為20%，Mg的摩爾組分為0.2% ；
[0066](10)所述ρ型AlGaN層生長結束后，生長高溫P型GaN層，生長厚度為500nm，生長溫度為900°C，生長壓力為400Torr，V / III摩爾比為1000，Mg摻雜濃度為IO17CnT3 ；
[0067](11)所述P型GaN層生長結束后，生長厚度為IOnm的ρ型GaN接觸層，生長溫度為950°C，生長壓力為200Torr, V /III摩爾比為3000 ；
[0068](12)外延生長結束后，將反應室的溫度降至700°C，采用純氮氣氛圍進行退火處理8min，然后降至室溫，結束生長；外延結構經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕后續(xù)半導體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，以氫氣(H2)作為載氣。
[0070]本發(fā)明可以有效降低GaN外延層內(nèi)線性位錯和V型缺陷密度，其中線性位錯密度可控制在4 X IO9CnT2內(nèi)，V型缺陷密度可控制在3 X IO8CnT2內(nèi)，并對開口較大的V型缺陷進行底部填堵，減少芯片內(nèi)部的漏電通道，有效改善芯片的反向漏電；因對各層插入的AlGaN層厚度及摻雜量的控制，并不會帶來芯片正向電壓的明顯增高，并且可以幫助芯片電流擴展，提高亮度。9mil*9mil芯片，使用常規(guī)外延工藝生產(chǎn)的芯片漏電(Ir)測試平均值Ir=0.0352uA@-8V，使用本發(fā)明外延工藝后生產(chǎn)的芯片漏電測試平均值Ir=0.0038uA@_8V。
[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)的技術人員應該了解，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，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明的要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法，其LED外延結構從下向上的順序依次包括:藍寶石襯底、低溫成核層、高溫GaN緩沖層、高溫非摻雜GaN層、非摻雜AlGaN插入層、高溫非摻雜GaN層、高溫η型GaN層、η型摻雜AlGaN層、高溫η型GaN層、高溫低摻η型GaN層、低摻η型AlGaN插入層、淺量子阱結構SW、多量子阱發(fā)光層結構MQW、非摻AlGaN插入層、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫ρ型GaN層、ρ型GaN接觸層,其特征在于:其制備方法包括以下具體步驟: (1)將藍寶石襯底在氫氣氣氛里進行退火，清潔所述襯底表面，溫度為1050-1150°C，然后進行氮化處理； (2)將溫度下降到500-620°C，生長25-40nm厚的低溫GaN成核層，生長壓力為400-650Torr, V / III摩爾比為 500-3000 ； (3)所述低溫GaN成核層生長結束后，停止通入TMGa，進行原位退火處理，退火溫度升高至1000-1100°C，退火時間為5-10min ;退火之后，將溫度調(diào)節(jié)至900-1050°C，外延生長厚度為0.2-lum間的高溫GaN緩沖層，生長壓力為400_650Torr，V / III摩爾比為500-3000 ； (4)所屬高溫GaN緩沖層生長結束后，先生長一層非摻雜的U-GaN層，生長厚度在1-2.5um之間，生長過程溫度為1050-1200°C，生長壓力為100-600Torr, V /III摩爾比為300-3000 ;在U-GaN層結束后，生長一層非摻雜U-AlGaN層，生長厚度為100-500nm，生長過程溫度為1000-1100°C，生長壓力為50-300Torr，V / III摩爾比為20-200，Al組分濃度為20%-50% ;在生長U-AlGaN層結束后，再生長一層高溫非摻U-GaN層，生長厚度為`0.5-1.5um，其生長條件和生長U-GaN層相同； (5)所述高溫復合U-GaN層`生長結束后，先生長一層摻雜濃度穩(wěn)定的n-GaN層，厚度為0.5-1.5um，生長溫度為1050-1200°C，生長壓力為100-600Torr, V / III摩爾比為300-3000，Si摻雜濃度為1017-1019cm_3 ;在生長n-GaN層結束后，生長一層4-8個周期的η-AlGaN/GaN超晶格層，生長過程溫度為950-1100°C，生長壓力為50_300Torr，V / III摩爾比為20-200，其中AlGaN層，厚度為5_15nm，Al組分為20%_50%，Si組分為1%_5%，其中GaN層厚度為3-10nm，Si組分為2%_6% ;在生長η-AlGaN/GaN超晶格層結束后，再生長一層摻雜濃度穩(wěn)定的n-GaN層，厚度為1.5_3um，生長溫度、壓力、V / III摩爾比條件與n_GaN層生長條件相同；在n-GaN層生長結束后，生長一層低摻雜濃度的n-GaN層，厚度為200_500nm，Si摻雜濃度為1015-1017cm_3，生長溫度、壓力、V /III摩爾比條件與n-GaN層生長條件相同；低摻n-GaN層生長結束后，生長一層低摻n_AlGaN層，厚度為20_100nm，Al組分為20%_50%，Si組分為1%_5%，生長過程溫度為950-1100°C，生長壓力為50_300Torr，V / III摩爾比為300-3000 ； (6)所述復合η型GaN層生長結束后，生長淺量子阱結構SW，淺量子阱SW由5_20個周期的InxGa1J / GaN阱壘結構組成，其中淺阱InxGa1J (χ=0.1-0.5)層的厚度為2_5nm，淺壘GaN層厚度為10-30nm，生長溫度為800_950°C，生長壓力為100-600Torr，V /III摩爾比為 300-5000 ； (7)淺量子阱SW生長結束后，生長多周期量子阱MQW發(fā)光層，發(fā)光層多量子阱由5-15個周期的InyGa^N / GaN阱壘結構組成，其中量子阱InyGa1J(y=0.1-0.3)層的厚度為2-5nm，生長溫度為700-800°C，壓力為100_500Torr，V/ III摩爾比為300-5000 ;其中壘層GaN的厚度為8-15nm，生長溫度為800-950°C，生長壓力為100_500Torr，V / III摩爾比為300-5000，壘層GaN進行低濃度Si摻雜，Si組分為0.5%_3% ;在多量子阱MQW的最后一個壘生長結束后，生長一層非摻AlGaN層，厚度為10-50nm，Al組分為20%_50%，生長溫度為800-950°C，生長壓力為 100-500Torr，V / III摩爾比為 300-5000 ； (8)所述發(fā)光層多量子阱生長結束后，以N2作為載氣生長厚度50-200nm的低溫p型GaN層，生長溫度為650-800°C，生長壓力為100_500Torr，V /III摩爾比為300_5000，Mg的摩爾組分為0.3%-1% ； (9)所述低溫P型GaN層生長結束后，生長厚度為50-200nm的p型AlGaN層，生長溫度為900-1100°C，生長時間為3-10min，生長壓力為20_200Torr，V / III摩爾比為1000-20000, P型AlGaN層的Al的摩爾組分為10%_30%，Mg的摩爾組分為0.05%-0.3% ； (10)所述P型AlGaN層生長結束后，生長高溫P型GaN層，生長厚度為100-800nm，生長溫度為850-1000°C，生長壓力為100-500Torr，V / III摩爾比為300-5000，Mg摻雜濃度為IO17-1O18Cnr3 ； (11)所述P型GaN層生長結束后，生長厚度為5-20nm的p型GaN接觸層，生長溫度為850-1050°C，生長壓力為 100-500Torr, V /III摩爾比為 1000-5000 ； (12)外延生長結束后，將反應室的溫度降至650-800°C，采用純氮氣氛圍進行退火處理5-10min，然后降至室溫，結束生長；外延結構經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕后續(xù)半導體加工工藝制成單顆小尺寸芯片。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法，其特征在于: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(TMA1)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別 作為Ga、Al、In和N源。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法，其特征在于:所述外延結構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)權利要求1所述的一種改善GaN基LED反向漏電的外延生長方法，其特征在于:所述外延結構的生長過程中以氫氣(H2)或氮氣(N2)作為載氣。
【文檔編號】H01L33/02GK103824912SQ201410090674
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權日:2014年3月12日
【發(fā)明者】唐軍 申請人:合肥彩虹藍光科技有限公司