一種GaN基發(fā)光二極管芯片的生長(zhǎng)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GaN基發(fā)光二極管芯片的生長(zhǎng)方法，屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】。方法包括：提供一襯底；在襯底上依次層疊生長(zhǎng)緩沖層、未摻雜的GaN層、n型層和多量子阱層；在多量子阱層上生長(zhǎng)p型層和電流擴(kuò)展層；在多量子阱層上生長(zhǎng)p型層，具體包括：在多量子阱層上交替生長(zhǎng)第一子層和第二子層，并對(duì)第一子層和第二子層進(jìn)行Mg的摻雜，第一子層在純氮?dú)鈿夥障律L(zhǎng)，第二子層在純氫氣氣氛下生長(zhǎng)。本發(fā)明通過(guò)將第一子層在純氮?dú)鈿夥障律L(zhǎng)，有利于提高摻雜的Mg的活化，Mg的活化的提高可以提高空穴濃度；第二子層在純氫氣氣氛下生長(zhǎng)，由于氫氣的強(qiáng)還原性，可以減少晶體中的雜質(zhì)，增加了空穴的注入效率，提高了晶體的質(zhì)量和芯片的發(fā)光效率。
【專利說(shuō)明】一種GaN基發(fā)光二極管芯片的生長(zhǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種GaN基發(fā)光二極管芯片的生長(zhǎng)方法。【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今GaN基發(fā)光二極管的應(yīng)用已經(jīng)遍布于顯示屏、背光源、交通信號(hào)燈、景觀燈、照明等各個(gè)領(lǐng)域。GaN基發(fā)光二極管芯片是GaN基發(fā)光二極管的核心組成部分。
[0003]現(xiàn)有的GaN基發(fā)光二極管芯片一般采用異質(zhì)外延生長(zhǎng)方法，由于材料間的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)失配，會(huì)產(chǎn)生大量的位錯(cuò)和缺陷，又因多量子阱層一般在較低溫度生長(zhǎng)，其較低的生長(zhǎng)溫度也會(huì)產(chǎn)生大量的位錯(cuò)和缺陷，這些位錯(cuò)和缺陷會(huì)延伸至P型層，影響P型層的晶體質(zhì)量，為了提高P型層的晶體質(zhì)量，一般會(huì)在N2和H2混合氣氛下生長(zhǎng)P型層。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題:
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中在N2和H2混合氣氛下生長(zhǎng)P型層，其提升P型層質(zhì)量的效果有限，其生長(zhǎng)的發(fā)光二極管芯片的空穴注入效率不高，發(fā)光效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一 GaN基發(fā)光二極管芯片的生長(zhǎng)方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管芯片的生長(zhǎng)方法，所述方法包括:
[0008]提供一襯底；
[0009]在所述襯底上依次層疊生長(zhǎng)緩沖層、未摻雜的GaN層、η型層和多量子阱層；
[0010]在所述多量子阱層上生長(zhǎng)P型層和電流擴(kuò)展層；
[0011]所述在所述多量子阱層上生長(zhǎng)P型層，具體包括:
[0012]在所述多量子阱層上交替生長(zhǎng)第一子層和第二子層，并對(duì)所述第一子層和所述第二子層進(jìn)行Mg的摻雜，所述第一子層在純氮?dú)鈿夥障律L(zhǎng)，所述第二子層在純氫氣氣氛下生長(zhǎng)。
[0013]優(yōu)選地，所述第一子層和所述第二子層的厚度皆為5?50nm。
[0014]優(yōu)選地,所述第二子層由AlxGayN制成,其中，O ( x〈l,0〈y〈l。
[0015]優(yōu)選地，所述第一子層由AlaInbGaN制成,其中，O ( a〈l,0 ( b〈l。
[0016]優(yōu)選地，各所述第一子層的組分相同。
[0017]進(jìn)一步地，當(dāng)所述第一子層由AlaInbGaN制成,且0〈b〈l時(shí)，
[0018]采用不同的生長(zhǎng)溫度生長(zhǎng)第一子層和第二子層，第一子層的生長(zhǎng)溫度低于第二子層的生長(zhǎng)溫度。
[0019]優(yōu)選地，當(dāng)所述第一子層由AlaInbGaN制成,且b=0時(shí)，
[0020]采用相同的溫度生長(zhǎng)第一子層和第二子層。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:將第一子層在純氮?dú)鈿夥障律L(zhǎng)，有利于提高第一子層中摻雜的Mg的活化，Mg的活化的提高可以提高空穴濃度，從而增加了空穴注入到多量子阱層的效率；第二子層在純氫氣氣氛下生長(zhǎng)，由于氫氣的強(qiáng)還原性，可以減少晶體中的雜質(zhì)，提高了晶體的質(zhì)量；依次交替層疊生長(zhǎng)第一子層和第二子層，層與層的交界處有利于釋放生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，應(yīng)力的釋放有利于減小晶體的缺陷密度，提高了晶體質(zhì)量；第一子層和第二子層的交替生長(zhǎng)形成了超晶格結(jié)構(gòu)，改善了空穴的注入和晶體質(zhì)量，提聞了芯片的發(fā)光效率，相對(duì)于混氣氛圍下生長(zhǎng)的P型層的芯片，其發(fā)光效率可以提高10%?15%。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種GaN基發(fā)光二極管芯片的生長(zhǎng)方法流程圖。【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0025]實(shí)施例
[0026]本發(fā)明實(shí)施例提供了 一種GaN基發(fā)光二極管芯片的生長(zhǎng)方法，參見圖1，該方法包括:
[0027]步驟101:提供一襯底。
[0028]具體地，在本實(shí)施例中，襯底可以為藍(lán)寶石襯底。
[0029]步驟102:在襯底上依次層疊生長(zhǎng)緩沖層、未摻雜的GaN層、η型層和多量子阱層。
[0030]可選地，在本實(shí)施例中，η型層可以為摻雜Si的GaN層。
[0031]可選地，在本實(shí)施例中，多量子阱層是由InGaN層和GaN層依次交替層疊而成。在生長(zhǎng)多量子阱層時(shí)，由于In對(duì)溫度很敏感在高溫下容易揮發(fā)，為了便于In的生長(zhǎng)，InGaN層的生長(zhǎng)溫度要低一點(diǎn)，而GaN層要求晶體質(zhì)量要好，溫度要適當(dāng)高些，因此InGaN層的生長(zhǎng)溫度低于GaN層的生長(zhǎng)溫度。
[0032]步驟103:在多量子阱層上生長(zhǎng)P型層，具體包括:
[0033]在多量子阱層上交替生長(zhǎng)第一子層和第二子層，并對(duì)第一子層和第二子層進(jìn)行Mg的摻雜，第一子層在純氮?dú)鈿夥障律L(zhǎng)，第二子層在純氫氣氣氛下生長(zhǎng)。
[0034]優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，第一子層和第二子層的厚度皆為5?50nm。第一子層和第二子層的厚度太厚，會(huì)吸光，影響芯片的亮度，厚度太薄，生長(zhǎng)條件不好控制。顯然地，在本實(shí)施例中，第一子層和第二子層的厚度可以相同也可以不同。例如，第一子層和第二子層的厚度都為12.5nm ;又例如，各第一子層的厚度為10nm，各第二子層的厚度為15nm。
[0035]優(yōu)選地，第二子層由AlxGayN制成，其中，O ( x〈l，0〈y〈l，即第二子層是由AlGaN制成，還可以是GaN制成。
[0036]可選地，各第二子層的組分可以相同也可以不同。例如，各第二子層都由GaN制成；又例如，部分第二子層由AlGaN制成,部分第二子層由GaN制成。[0037]優(yōu)選地，第一子層由AlaInbGaN制成，其中，O≤a〈l，O≤b〈l，即第一子層可以是由AlInGaN制成，也可以是由InGaN制成，又可以是AlGaN制成，還可以是GaN制成。
[0038]進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，各第一子層的組分相同。第一子層的組分相同，有利于生長(zhǎng)條件的控制，簡(jiǎn)化了生長(zhǎng)工藝。顯然地，各第一子層的組分也可以不同。例如P型層由3個(gè)第一子層和3個(gè)第二子層相互交替層疊而成，則三個(gè)第一子層分別是由AlInGaN、InGaN,GaN制成，則在生長(zhǎng)Al InGaN第一子層時(shí)，以三甲基鎵(TMGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源，在生長(zhǎng)InGaN第一子層時(shí)，以三甲基鎵(TMGa)、三甲基鋁三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、In和N源，在生長(zhǎng)GaN第一子層時(shí)，以三甲基鎵(TMGa)和氨氣(NH3)分別作為Ga和N源。
[0039]進(jìn)一步地，當(dāng)?shù)谝蛔訉佑葾laInbGaN制成，且0〈b〈l時(shí)，采用不同的生長(zhǎng)溫度生長(zhǎng)第一子層和第二子層，第一子層的生長(zhǎng)溫度低于第二子層的生長(zhǎng)溫度。由于In對(duì)溫度很敏感，在高溫下容易揮發(fā)，當(dāng)?shù)谝蛔訉邮怯珊琁n元素的化合物制成，第二子層也不含In元素的化合物制成的時(shí)候，為了便于In的生長(zhǎng)，第一子層的生長(zhǎng)溫度要低一點(diǎn)，而第二子層要求晶體質(zhì)量要好，溫度要適當(dāng)高些，第一子層的生長(zhǎng)溫度低于第二子層的生長(zhǎng)溫度，便于第一子層和第二子層的生長(zhǎng)。例如，當(dāng)?shù)谝蛔訉佑葾lInGaN制成，第二子層由GaN制成時(shí)，各第一子層的生長(zhǎng)溫度可以為940°C，各第二子層的生長(zhǎng)溫度可以為960°C。顯然地，在此步驟中，也可以采用相同的溫度生長(zhǎng)第一子層和第二子層。例如當(dāng)?shù)谝蛔訉佑葾lInGaN制成，第二子層由GaN制成時(shí)，第一子層和第二子層的生長(zhǎng)溫度都為950°C。
[0040]優(yōu)選地，當(dāng)?shù)谝蛔訉佑葾laInbGaN制成,且b=0時(shí),采用相同的溫度生長(zhǎng)第一子層和第二子層。即當(dāng)?shù)谝蛔訉佑刹缓琁n元素的化合物制成，第二子層也由不含In元素的化合物制成的時(shí)候，采用相同的溫度生長(zhǎng)第一子層和第二子層，生長(zhǎng)條件比較容易控制，簡(jiǎn)化了生長(zhǎng)工藝。例如，當(dāng)?shù)谝蛔訉佑葾lGaN制成，第二子層由GaN制成，第一子層和第二子層的生長(zhǎng)溫度都為950°C。顯然地，在此步驟中，也可以采用不同的溫度生長(zhǎng)第一子層和第二子層，例如，當(dāng)一子層由AlGaN制成，第二子層由GaN制成，各第一子層的生長(zhǎng)溫度可以為940°C，各第二子層的生長(zhǎng)溫度可以為960°C。
[0041]可選地，當(dāng)各第一子層的組分相同、各第二子層的組分也相同時(shí)，第一子層的組分與第二子層的組分可以相同也可以不同。例如第一子層和第二子層都由AlGaN制成；又例如，各第一子層由AlGaN制成,各第二子層由GaN制成。
[0042]可選地，在本實(shí)施例中，第一子層和第二子層摻雜的Mg的濃度可以相同也可以不同。
[0043]步驟104:在P型層上生長(zhǎng)電流擴(kuò)展層。
[0044]優(yōu)選地,該方法還包括:
[0045]在多量子阱層上生長(zhǎng)P型阻擋層；
[0046]則在多量子阱層上生長(zhǎng)P型層，具體包括:
[0047]在P型阻擋層上生長(zhǎng)P型層。
[0048]通過(guò)設(shè)置P型阻擋層，可以防止電子溢流，從而增加了電子和空穴的復(fù)合效率，提高了發(fā)光效率。
[0049]具體地，步驟101~104可以通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0050]需要說(shuō)明的是:在生長(zhǎng)GaN基發(fā)光二極管芯片時(shí)，一般是以高純氫(H2)或氮?dú)?N2)作為載氣，以三甲基鎵(TMGa)、三甲基鋁(TMA1)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源，用硅烷(SiH4)、二茂鎂(Cp2Mg)分別作為η、p型摻雜劑。
[0051](I)提供藍(lán)寶石襯底，并將藍(lán)寶石襯底在1070°C和H2氣氛下進(jìn)行熱處理10分鐘，以清潔表面；
[0052](2)降至540°C，在襯底上沉積一層30nm的緩沖層；
[0053](3)升溫至1085°C，在緩沖層上沉積2 μ m厚的未摻雜的GaN層；
[0054](4)在未摻雜的GaN層上生長(zhǎng)2um厚的η型層，該η型層為摻雜Si的GaN層；
[0055](5)在η型層上生長(zhǎng)8個(gè)周期的InGaN/GaN多量子阱層，其中，各InGaN層的厚度為3nm，其生長(zhǎng)溫度為760V ;各GaN層的厚度為12nm，其生長(zhǎng)溫度為880°C ；
[0056](6)升溫至940°C，在多量子阱層上生長(zhǎng)P型電子阻擋層；
[0057](7)升溫至950°C，在P型電子阻擋層生長(zhǎng)厚度為200nm的p型層，P型層包括8個(gè)第一子層和8個(gè)第二子層，第一子層在純氮?dú)鈿夥障律L(zhǎng)，第二子層在純氫氣氣氛下生長(zhǎng)，且各第一子層和各第二子層的厚度分別為12.5nm。
[0058](8)在950°C的溫度下，在P型層上生長(zhǎng)電流擴(kuò)展層。
[0059]在除了 P型層的生長(zhǎng)氣氛不同，別的生長(zhǎng)工藝相同的條件下，本實(shí)施例提供的芯片比混氣氛圍下生長(zhǎng)的芯片(在N2和H2混合氣氛下生長(zhǎng)P型層)，其發(fā)光效率能夠提高10% ?15%。
[0060]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:將第一子層在純氮?dú)鈿夥障律L(zhǎng)，有利于提高第一子層中摻雜的Mg的活化，Mg的活化的提高可以提高空穴濃度，從而增加了空穴注入到多量子阱層的效率；第二子層在純氫氣氣氛下生長(zhǎng)，由于氫氣的強(qiáng)還原性，可以減少晶體中的雜質(zhì)，提高了晶體的質(zhì)量；依次交替層疊生長(zhǎng)第一子層和第二子層，層與層的交界處有利于釋放生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，應(yīng)力的釋放有利于減小晶體的缺陷密度，提高了晶體質(zhì)量；第一子層和第二子層的交替生長(zhǎng)形成了超晶格結(jié)構(gòu)，改善了空穴的注入和晶體質(zhì)量，提聞了芯片的發(fā)光效率，相對(duì)于混氣氛圍下生長(zhǎng)的P型層的芯片，其發(fā)光效率可以提高10%?15%。
[0061]以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基發(fā)光二極管芯片的生長(zhǎng)方法,所述方法包括: 提供一襯底； 在所述襯底上依次層疊生長(zhǎng)緩沖層、未摻雜的GaN層、η型層和多量子阱層； 在所述多量子阱層上生長(zhǎng)P型層和電流擴(kuò)展層； 其特征在于，所述在所述多量子阱層上生長(zhǎng)P型層，具體包括: 在所述多量子阱層上交替生長(zhǎng)第一子層和第二子層，并對(duì)所述第一子層和所述第二子層進(jìn)行Mg的摻雜，所述第一子層在純氮?dú)鈿夥障律L(zhǎng)，所述第二子層在純氫氣氣氛下生長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一子層和所述第二子層的厚度皆為5~50nmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二子層由AlxGayN制成，其中，O ^ x〈l,0〈y〈l。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一子層由AlaInbGaN制成，其中，O ( a〈l，0 ( b〈l。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，各所述第一子層的組分相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述第一子層由AlaInbGaN制成，且0〈b〈l 時(shí)， 采用不同的生長(zhǎng)溫度生長(zhǎng)所述第一子層和所述第二子層，所述第一子層的生長(zhǎng)溫度低于所述第二子層的生長(zhǎng)溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述第一子層由AlaInbGaN制成，且b=0時(shí)，采用相同的溫度生長(zhǎng)所述第一子層和所述第二子層。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103515495SQ201310435856
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】楊蘭, 魏世禎, 胡加輝 申請(qǐng)人:華燦光電股份有限公司