一种在金属氮化镓复合衬底上外延无裂纹高晶体质量LED外延层的方法与流程

文档序号:12614259阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种在金属氮化镓复合衬底上外延无裂纹高晶体质量LED外延层的方法,其LED外延结构包括:金属氮化镓复合衬底(101)、低温GaN应力释放层(102)、高温非掺杂GaN缓冲层(103)、n型GaN层(104)、InxGa1-xN/GaN多量子阱有源区(105)、p型Aly1Ga1-y1N/GaN超晶格电子阻挡层(106)、高温p型GaN层(107)、p型InGaN接触层(108);其特征在于:在金属氮化镓复合衬底(101)上,设置一层在N2(氮气)气氛下,以低生长速率、低温生长的GaN应力释放层(102);该方法包括以下步骤:

步骤一,在金属有机化合物气相外延反应室中将金属氮化镓复合衬底(101),在N2(氮气)气氛下,反应室压力300torr,升温至750-850℃,进行退火处理;之后,以反应室压力300torr、V/III摩尔比为500-1300,采用0.2微米/小时-1微米/小时的低生长速率,生长100~300纳米厚的低温GaN应力释放层(102);

步骤二,在H2(氢气)气氛、950-1100℃下,以反应室压力为100-200torr、V/III摩尔比为1000-1300,采用生长速率从1微米/小时线性变化到3微米/小时的变速率生长方法,生长1-2微米厚的高温非掺杂GaN缓冲层(103);

步骤三,在H2气氛、950-1100℃下,以反应室压力为100-200torr、V/III摩尔比为1000-1300,采用恒定生长速率生长1-2微米厚的n型GaN层(104);其Si掺杂浓度为1018-1019cm-3

步骤四,在N2(氮气)气氛、750-850℃下,以V/III摩尔比为5000-10000,反应室压力300torr,接着生长5-10周期的InxGa1-xN/GaN多量子阱有源区(105),其中,0<x≤0.3、InxGa1-xN阱层的厚度范围在2-4nm、GaN垒层厚度为8-20nm;

步骤五,在850-950℃、N2气氛下,在有源区上,以V/III摩尔比为5000-10000、反应室压力100-300torr,生长5-10个周期的p型Aly1Ga1-y1N/GaN超晶格电子阻挡层(106),其中,Al组分0≤y1≤0.2该Al组分随着超晶格周期数增加而阶梯式减少、p型Aly1Ga1-y1N的厚度为2-5nm、GaN层厚度为2-5nm;其Mg掺杂浓度相应的空穴浓度为2×1017cm-3

步骤六,在950-1050℃、H2气氛下,以V/III摩尔比为2000-5000、反应室压力100torr,生长100-300nm的高温p型GaN层(107);其Mg掺杂浓度为1017-1018cm-3

步骤七,在650-750℃、H2气氛下,以V/III摩尔比为5000-10000、反应室 压力300torr,生长2-4nm的p型InGaN接触层(108);其Mg掺杂浓度为大于1018cm-3

2.根据权利要求1所述的一种在金属氮化镓复合衬底上外延无裂纹高晶体质量LED外延层的方法,其特征在于:在升温过程中采用N2气氛,高反应室压力,在750-850℃下对金属衬底进行退火处理;在退火处理后缓慢向反应室阶梯式通入NH3以防止GaN外延层分解。

3.根据权利要求1所述的一种在金属氮化镓复合衬底上外延无裂纹高晶体质量LED外延层的方法,其特征在于:在金属氮化镓复合衬底上,在其初始外延阶段,优化金属衬底生长初期的载气、生长温度及生长速率等参数,采用N2作为载气、高反应室压力,低生长速率、低温生长GaN应力释放层,有效缓解GaN外延层和金属衬底之间的热失配,防止GaN分解,在金属衬底上制备出高质量的GaN基LED外延层。

4.根据权利要求1所述的一种在金属氮化镓复合衬底上外延无裂纹高晶体质量LED外延层的方法,其特征在于:在所述LED外延片结构生长过程中,以三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)和氨气分别作为Ga、Al、In和N源。以硅烷(SiH4)作为n型掺杂剂,二茂镁(Cp2Mg)作为p型掺杂剂。

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