一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法
【专利摘要】本发明提供一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法，其LED外延结构从下向上的顺序依次包括：蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温u-GaN层、复合n型GaN层、浅量子阱结构SW、低掺杂n-GaN静电中和层EN、多量子阱发光层结构MQW、低温p型GaN层、p型AlGaN层、高温p型GaN层、p型接触层，在n-GaN层1/3厚度处插入一层n-AlGaN层；2）在浅量子阱层和发光量子阱层中间插入一层特定厚度及浓度的n-GaN层充当EN静电中和层；3）低温p-GaN层和高温p-GaN层中间插入一层特定厚度的p-AlGaN层。本发明的可以有效提高芯片的ESD耐受能力，9mil×9mil芯片使用常规外延工艺，ESD步进值平均200V，使用本发明外延工艺，ESD步进值明显提高到385V。
【专利说明】一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及氮化镓基LED制备【技术领域】，具体为一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法。
【背景技术】
[0002]半导体发光二极管(light-emission diodes, LED)因其具有体积小、能耗低、寿命长、环保耐用等优点，在指示灯、显示屏、背光源等领域得到广泛应用，并且在白光照明领域LED已经表现了巨大的应用潜力。随着LED在户外显示、照明领域的广泛应用，要求芯片本身具有更加苛刻的静电耐受能力(ESD, Electro Static Discharge)。
[0003]目前蓝、绿、白光LED芯片主要使用GaN作为发光基体材料，但由于GaN单晶衬底的缺乏，GaN外延层主要利用蓝宝石(Al2O3)作为外延衬底材料。但因GaN与蓝宝石衬底之间存在较大的晶格失配(>11%)和较大的热膨胀系数差异，导致在GaN外延层内存在大量的缺陷，缺陷密度高达I X IO8-1 X ΙΟ'CM-2，这些缺陷在GaN外延层内表现为线性位错，并且能够延伸整个外延层；其中部分线性位错，在经过InGaN/GaN量子阱发光外延层后会发展成为V型缺陷，这些缺陷的存在，对LED芯片的漏电、ESD等电性性能有着极大的不良影响。同时，由于蓝宝石为衬底的常规GaN基LED芯片的p型电极和η型电极位于同一面内，电流分布不均匀，存在的电荷富集区，对器件的抗静电能力也有着负面影响。
【发明内容】
[0004]本发明所解决的技术问题在于提供一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法，以解决上述【背景技术】中的问题。
[0005]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法，其LED外延结构从下向上的顺序依次包括:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温U-GaN层、复合η型GaN层、浅量子阱结构SW、低掺杂n_GaN静电中和层EN、多量子阱发光层结构MQW、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温p型GaN层、p型接触层，其制备方法包括以下具体步骤:
[0006](I)将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁衬底表面，温度为1050-1150°C，然后进行氮化处理；
[0007](2)将温度下降到500-620°C，生长25-40nm厚的低温GaN成核层，生长压力为400-650Torr, V / III摩尔比为 500-3000 ；
[0008](3)所述低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000-1100°C，退火时间为5-10min ;退火之后，将温度调节至900-1050°C，外延生长厚度为0.2-lum间的高温GaN缓冲层，生长压力为400_650Torr，V / III摩尔比为500-3000 ；
[0009](4)所属高温GaN缓冲层生长结束后，生长厚度为l_3um非掺杂的U-GaN层，生长过程温度为1050-1200°C，生长压力为100-500Torr，V /III摩尔比为300-3000 ；[0010](5)所述高温非掺杂GaN层生长结束后，先生长一层掺杂浓度稳定的n_GaN层，厚度为0.5-1.5um，生长温度为1050-1200°C，生长压力为100-600Torr, V /III摩尔比为300-3000，Si掺杂浓度为1017-1019cm_3 ;在生长n-GaN层结束后，生长一层4-8个周期的n-AlGaN/GaN超晶格层，生长过程温度为950-1100°C，生长压力为50_300Torr，V / III摩尔比为20-200，其中AlGaN层，厚度为5_15nm，Al组分为20%_50%，Si组分为1%_5%，其中GaN层厚度为3-10nm，Si组分为2%_6% ;在生长n-AlGaN/GaN超晶格层结束后，再生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层，厚度为1.5_3um，生长条件同n_GaN层；
[0011](6)所述复合n-GaN层生长结束后，生长浅量子阱结构SW，浅量子阱SW由5_20个周期的InxGagN / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InxGai_xN (x=0.1-0.5)层的厚度为2_5nm，浅垒GaN层厚度为10-30nm，生长温度为800_950°C，生长压力为100-600Torr，V / III摩尔比为 300-5000 ；
[0012](7)浅量子阱SW生长结束后，生长静电中和层EN，静电中和层EN分为三段进行生长，生长温度为850-950°C，生长压力为100-600Torr，V / III摩尔比为300-3000，三段的生长温度、压力、V / III摩尔比相同，区别在三段的厚度及Si掺杂浓度；第一段生长厚度为50-150nm，Si掺杂浓度为1015-1016cnT3 ;第二段生长厚度为200-500nm，Si掺杂浓度为1017-1018cm^3 ;第三段生长厚度为50-150nm，Si掺杂浓度为1015-1016cnT3 ；
[0013](8)生长多周期量子阱MQW发光层，发光层多量子阱由5-15个周期的InyGa1J / GaN阱垒结构组成，其中量子阱InyGa1J(y=0.1-0.3)层的厚度为2_5nm，生长温度为700-800°C，生长压力为100-500Torr，V /III摩尔比为300-5000 ;其中垒层GaN的厚度为8-15nm，生长温度为800-950°C，生长压力为100-500Torr，V / III摩尔比为300-5000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂，Si组分为0.5%-3% ；
[0014](9)所述发光层多量子阱生长结束后，以N2作为载气生长低温厚度50_200nm之间的低温P型GaN层，生长温`度为650-800°C，压力为100_500Torr，V /III摩尔比为300-5000, Mg 的摩尔组分为 0.3%-1% ；
[0015](10)所述低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为50_200nm的p型AlGaN层，生长温度为900-1100°C，生长时间为3-10min，压力在20-200Torr，V / III摩尔比为1000-20000, P型AlGaN层的Al的摩尔组分为10%_30%，Mg的摩尔组分为0.05%-0.3% ；
[0016](11)所述P型AlGaN层生长结束后，生长高温P型GaN层，生长厚度为100-800nm，生长温度为850-1000°C，生长压力为100-500Torr，V / III摩尔比为300-5000，Mg掺杂浓度为 IO17-1O18Cnr3 ；
[0017](12)所述P型GaN层生长结束后，生长厚度为5_20nm的p型GaN接触层，生长温度为 850-1050°C，生长压力为 100-500Torr，V /III摩尔比为 1000-5000 ；
[0018](13)外延生长结束后，将反应室的温度降至650-800°C，采用纯氮气氛围进行退火处理5-10min，然后降至室温，结束生长；外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
[0019]所述外延结构的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(NH3)分别作为Ga、Al、In和N源。
[0020]所述外延结构的生长过程中以硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别作为N、P型掺杂剂。[0021]所述外延结构的生长过程中以氢气(H2)或氮气(N2)作为载气。
[0022]与已公开技术相比，本发明存在以下优点:本发明的可以有效提高芯片的ESD耐受能力，9mil*9mil芯片使用常规外延工艺，ESD步进值平均200V，使用本发明外延工艺，ESD步进值明显提高到385V。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的静电通过V型缺陷和位错线汇聚到静电中和层EN进行静电中和示意图；
[0024]图2为普通外延工艺生产9mil*9mil芯片ESD步进测试分布；
[0025]图3为本发明外延工艺实施后9mil*9mil芯片ESD步进测试分布。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]实施例1
[0028]一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法，其LED外延结构从下向上的顺序依次包括:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温U-GaN层、η型GaN层、浅量子阱结构SW、低掺杂n-GaN静电中和层EN、多量子阱发光层结构MQW、低温p型GaN层、p型AlGaN层、高温P型GaN层、P型接触层，其制备方法包括以下具体步骤:
[0029](I)将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁衬底表面，温度为1050°C，然后进行氮化处理；
[0030](2)将温度下降到500°C，生长25nm厚的低温GaN成核层，生长压力为400Torr，
V/III摩尔比为500 ；
[0031](3)所述低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000°c，退火时间为5min ;退火之后，将温度调节至900°C，外延生长厚度为0.2um的高温GaN缓冲层，生长压力为400Torr，V / III摩尔比为500 ；
[0032](4)所属高温GaN缓冲层生长结束后，生长厚度为Ium非掺杂的U-GaN层，生长过程温度为1050°C，生长压力为lOOTorr，V / III摩尔比为300 ；
[0033](5)所述高温非掺杂GaN层生长结束后，先生长一层掺杂浓度稳定的n_GaN层，厚度为0.5um，生长温度为1050°C，生长压力为lOOTorr，V /III摩尔比为300，Si掺杂浓度为IO17Cm-3 ;在生长n-GaN层结束后，生长一层4个周期的n-AlGaN/GaN超晶格层，生长过程温度为950°C，生长压力为50Torr，V / III摩尔比为20，其中AlGaN层，厚度为5nm，Al组分为20%，Si组分为1%，其中GaN层厚度为3nm，Si组分为2% ;在生长n-AlGaN/GaN超晶格层结束后，再生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层,厚度为1.5um,生长条件同n_GaN层；
[0034](6)所述复合n-GaN层生长结束后，生长浅量子阱结构SW，浅量子阱SW由5个周期的InxGa1J / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InxGa1J (x=0.1-0.5)层的厚度为2nm，浅垒GaN层厚度为10nm，生长温度为800°C，生长压力为lOOTorr，V /III摩尔比为300 ；
[0035](7)浅量子阱SW生长结束后，生长静电中和层EN，静电中和层EN分为三段进行生长，生长温度为850°C，生长压力为lOOTorr，V /III摩尔比为300，三段的生长温度、压力、
V/ III摩尔比相同，区别在三段的厚度及Si掺杂浓度；第一段生长厚度为50nm，Si掺杂浓度为IO15CnT3 ;第二段生长厚度为200nm，Si掺杂浓度为IO17CnT3 ;第三段生长厚度为50nm，Si掺杂浓度为IO15cnT3 ；
[0036](8)生长多周期量子阱MQW发光层，发光层多量子阱由5个周期的InyGa1J / GaN阱垒结构组成，其中量子阱InyGai_yN(y=0.1-0.3)层的厚度为2nm，生长温度为700°C，生长压力为lOOTorr，V /III摩尔比为300 ;其中垒层GaN的厚度为8nm，生长温度为800°C，生长压力为lOOTorr，V / III摩尔比为300，垒层GaN进行低浓度Si掺杂，Si组分为0.5% ；
[0037](9)所述发光层多量子阱生长结束后，以N2作为载气生长低温厚度50nm之间的低温P型GaN层，生长温度为650°C，压力为lOOTorr，V /III摩尔比为300，Mg的摩尔组分为0.3% ；
[0038](10)所述低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为50nm的p型AlGaN层，生长温度为900°C，生长时间为3min，压力在20Torr，V /III摩尔比为1000，p型AlGaN层的Al的摩尔组分为10%, Mg的摩尔组分为0.05% ；
[0039](11)所述P型AlGaN层生长结束后，生长高温P型GaN层，生长厚度为lOOnm，生长温度为850°C，生长压力为lOOTorr，V /III摩尔比为300，Mg掺杂浓度为IO17CnT3 ；
[0040](12)所述P型GaN层生长结束后，生长厚度为5nm的p型GaN接触层，生长温度为850°C，生长压力为lOOTorr, V /III摩尔比为1000 ；
[0041](13)外延生长结束后，将反应室的温度降至650°C，采用纯氮气氛围进行退火处理5min，然后降至室温，结束生长；外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
[0042]本实施例中以三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMA1 )、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)分别作为Ga、Al、In和N源，以硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别作为N、P型掺杂剂，以氢气(H2)作为载气。
[0043]实施例2
[0044]—种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法，其LED外延结构从下向上的顺序依次包括:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温U-GaN层、η型GaN层、浅量子阱结构SW、低掺杂n-GaN静电中和层EN、多量子阱发光层结构MQW、低温p型GaN层、p型AlGaN层、高温P型GaN层、P型接触层，其制备方法包括以下具体步骤:
[0045](I)将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁衬底表面，温度为1150°C，然后进行氮化处理；
[0046](2)将温度下降到620°C，生长40nm厚的低温GaN成核层，生长压力为650Torr，
V/III摩尔比为3000 ；
[0047](3)所述低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1100°c，退火时间为IOmin ;退火之后，将温度调节至1050°C，外延生长厚度为Ium的高温GaN缓冲层，生长压力为650Torr，V / III摩尔比为3000 ；
[0048](4)所属高温GaN缓冲层生长结束后，生长厚度为3um非掺杂的U-GaN层，生长过程温度为1200°C，生长压力为500Torr，V / III摩尔比为3000 ；
[0049](5)所述高温非掺杂GaN层生长结束后，先生长一层掺杂浓度稳定的n_GaN层，厚度为1.5um，生长温度为1200°C，生长压力为600Torr，V / III摩尔比为3000，Si掺杂浓度为IO19CnT3 ;在生长n-GaN层结束后，生长一层8个周期的n-AlGaN/GaN超晶格层，生长过程温度为1100°C，生长压力为300Torr，V / III摩尔比为200，其中AlGaN层，厚度为15nm，Al组分为50%，Si组分为5%，其中GaN层厚度为10nm，Si组分为6% ;在生长n-AlGaN/GaN超晶格层结束后，再生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层,厚度为3um,生长条件同n_GaN层；
[0050](6)所述复合n-GaN层生长结束后，生长浅量子阱结构SW，浅量子阱SW由20个周期的InxGa1J / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InxGa1J (x=0.1-0.5)层的厚度为5nm，浅垒GaN层厚度为30nm，生长温度为950°C，生长压力为600Torr，V /III摩尔比为5000 ；
[0051](7)浅量子阱SW生长结束后，生长静电中和层EN，静电中和层EN分为三段进行生长，生长温度为950°C，生长压力为600Torr，V /III摩尔比为3000，三段的生长温度、压力、
V/III摩尔比相同，区别在三段的厚度及Si掺杂浓度；第一段生长厚度为150nm，Si掺杂浓度为IO16CnT3 ;第二段生长厚度为500nm，Si掺杂浓度为IO18CnT3 ;第三段生长厚度为150nm，Si掺杂浓度为IO16cnT3 ；
[0052](8)生长多周期量子阱MQW发光层，发光层多量子阱由15个周期的InyGai_yN / GaN阱垒结构组成，其中量子阱InyGai_yN(y=0.1-0.3)层的厚度为5nm，生长温度为800°C，生长压力为500Torr，V / III摩尔比为5000 ;其中垒层GaN的厚度为15nm，生长温度为950°C，生长压力为500Torr，V / III摩尔比为5000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂，Si组分为3% ；
[0053](9)所述发光层多量子阱生长结束后，以N2作为载气生长低温厚度200nm之间的低温P型GaN层，生长温度为800°C，压力为500Torr，V / III摩尔比为5000,Mg的摩尔组分为1% ;
[0054](10)所述低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为200nm的p型AlGaN层，生长温度为1100°C，生长时间为lOmin，压力在200Torr, V / III摩尔比为20000，p型AlGaN层的Al的摩尔组分为30%，Mg的摩尔组分为0.3% ；
[0055](11)所述P型AlGaN层生长结束后，生长高温P型GaN层，生长厚度为800nm，生长温度为1000°c，生长压力为500Torr，V / III摩尔比为5000，Mg掺杂浓度为IO18CnT3 ；
[0056](12)所述P型GaN层生长结束后，生长厚度为20nm的p型GaN接触层，生长温度为1050°C，生长压力为500Torr, V /III摩尔比为5000 ；
[0057](13)外延生长结束后，将反应室的温度降至800°C，采用纯氮气氛围进行退火处理lOmin，然后降至室温，结束生长；外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
[0058]本实施例中以三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMA1 )、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)分别作为Ga、Al、In和N源，以硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别作为N、P型掺杂剂，以氢气(H2)作为载气。
[0059]实施例3
[0060]一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法，其LED外延结构从下向上的顺序依次包括:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温U-GaN层、η型GaN层、浅量子阱结构SW、低掺杂n-GaN静电中和层EN、多量子阱发光层结构MQW、低温p型GaN层、p型AlGaN层、高温p型GaN层、p型接触层，其制备方法包括以下具体步骤:
[0061 ] (I)将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁衬底表面，温度为1100 V，然后进行氮化处理；
[0062](2)将温度下降到520°C，生长30nm厚的低温GaN成核层，生长压力为450Torr，
V/III摩尔比为2000 ；
[0063](3)所述低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1050°C，退火时间为8min ;退火之后，将温度调节至1000°C，外延生长厚度为
0.6um的高温GaN缓冲层，生长压力为450Torr，V / III摩尔比为2000 ；
[0064](4)所属高温GaN缓冲层生长结束后，生长厚度为2um非掺杂的U-GaN层，生长过程温度为1100°c，生长压力为300Torr，V /III摩尔比为2000 ；
[0065](5)所述高温非掺杂GaN层生长结束后,先生长一层掺杂浓度稳定的n_GaN层,厚度为lum，生长温度为1100°C，生长压力为300Torr，V /III摩尔比为2000，Si掺杂浓度为IO18CnT3 ;在生长n-GaN层结束后，生长一层6个周期的n-AlGaN/GaN超晶格层，生长过程温度为1000°C，生长压力为200Torr，V /III摩尔比为100，其中AlGaN层，厚度为10nm，Al组分为30%，Si组分为4%，其中GaN层厚度为6nm，Si组分为4% ;在生长n-AlGaN/GaN超晶格层结束后，再生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层,厚度为2um,生长条件同n_GaN层；
[0066](6)所述复合n-GaN层生长结束后，生长浅量子阱结构SW，浅量子阱SW由15个周期的InxGa1J / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InxGa1J (x=0.1-0.5)层的厚度为3nm，浅垒GaN层厚度为20nm，生长温度为850°C，生长压力为500Torr，V /III摩尔比为4000 ；
[0067](7)浅量子阱SW生长结束后，生长静电中和层EN，静电中和层EN分为三段进行生长，生长温度为900°C，生长压力为500Torr，V /III摩尔比为2000，三段的生长温度、压力、
V/III摩尔比相同，区别在三段的厚度及Si掺杂浓度；第一段生长厚度为lOOnm，Si掺杂浓度为IO15CnT3 ;第二段生长厚度为300nm，Si掺杂浓度为IO17CnT3 ;第三段生长厚度为lOOnm，Si掺杂浓度为IO15cnT3 ；
[0068](8)生长多周期量子阱MQW发光层，发光层多量子阱由10个周期的InyGai_yN / GaN阱垒结构组成，其中量子阱InyGai_yN(y=0.1-0.3)层的厚度为3nm，生长温度为750°C，生长压力为300Torr，V /III摩尔比为2000 ;其中垒层GaN的厚度为12nm，生长温度为850°C，生长压力为300Torr，V / III摩尔比为2000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂，Si组分为2% ；
[0069](9)所述发光层多量子阱生长结束后，以N2作为载气生长低温厚度IOOnm之间的低温P型GaN层，生长温度为700°C，压力为200Torr，V / III摩尔比为3000,Mg的摩尔组分为 0.6% ；
[0070](10)所述低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为IOOnm的p型AlGaN层，生长温度为1000°c，生长时间为8min，压力在lOOTorr，V /III摩尔比为10000，p型AlGaN层的Al的摩尔组分为20%，Mg的摩尔组分为0.2% ；
[0071 ] (11)所述P型AlGaN层生长结束后，生长高温P型GaN层，生长厚度为500nm，生长温度为900°C，生长压力为200Torr，V / III摩尔比为3000，Mg掺杂浓度为IO17CnT3 ；
[0072](12)所述P型GaN层生长结束后，生长厚度为IOnm的p型GaN接触层，生长温度为950°C，生长压力为200Torr, V /III摩尔比为3000 ；
[0073](13)外延生长结束后，将反应室的温度降至700°C，采用纯氮气氛围进行退火处理8min，然后降至室温，结束生长；外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
[0074]本实施例中以三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMA1 )、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)分别作为Ga、Al、In和N源，以硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别作为N、P型掺杂剂，以氢气(H2)作为载气。
[0075]本发明的可以有效提高芯片的ESD耐受能力，9mil*9mil芯片使用常规外延工艺，ESD步进值平均200V，ESD步进值明显提高到385V。
[0076]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法，其LED外延结构从下向上的顺序依次包括:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温U-GaN层、η型GaN层、浅量子阱结构SW、低掺杂n-GaN静电中和层EN、多量子阱发光层结构MQW、低温p型GaN层、p型AlGaN层、高温P型GaN层、P型接触层，其特征在于:其制备方法包括以下具体步骤: (1)将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁衬底表面，温度为1050-1150°C，然后进行氮化处理； (2)将温度下降到500-620°C，生长25-40nm厚的低温GaN成核层，生长压力为400-650Torr, V / III摩尔比为 500-3000 ； (3)所述低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000-1100°C，退火时间为5-10min ;退火之后，将温度调节至900-1050°C，外延生长厚度为0.2-lum间的高温GaN缓冲层，生长压力为400_650Torr，V / III摩尔比为500-3000 ； (4)所属高温GaN缓冲层生长结束后，生长厚度为l-3um非掺杂的U-GaN层，生长过程温度为 1050-1200°C，生长压力为 100-500Torr，V / III摩尔比为 300-3000 ； (5)所述高温非掺杂GaN层生长结束后，先生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层，厚度为0.5-1.5um，生长温度为1050-1200°C，生长压力为100-600Torr, V /III摩尔比为300-3000，Si掺杂浓度为1017-1019cm_3 ;在生长n-GaN层结束后，生长一层4-8个周期的n-AlGaN/GaN超晶格层，生长过程温度为950-1100°C，生长压力为50_300Torr，V / III摩尔比为20-200，其中AlGaN层，厚度为5_15nm，Al组分为20%_50%，Si组分为1%_5%，其中GaN层厚度为3-10nm，Si组分为2%_6% ;在生长n-AlGaN/GaN超晶格层结束后，再生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层,厚度为1.5_3um ； (6)所述复合n-GaN层生长`结束后，生长浅量子阱结构SW，浅量子阱SW由5_20个周期的InxGa1J / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InxGa1J (x=0.1-0.5)层的厚度为2_5nm，浅垒GaN层厚度为10-30nm，生长温度为800-950°C，生长压力为100-600Torr，V /III摩尔比为300-5000 ； (7)浅量子阱SW生长结束后，生长静电中和层EN，静电中和层EN分为三段进行生长，生长温度为850-950°C，生长压力为100-600Torr，V / III摩尔比为300-3000，三段的生长温度、压力、V / III摩尔比相同，区别在三段的厚度及Si掺杂浓度；第一段生长厚度为50-150nm，Si掺杂浓度为1015-1016cnT3 ;第二段生长厚度为200-500nm，Si掺杂浓度为1017-1018cm^3 ;第三段生长厚度为50-150nm，Si掺杂浓度为1015-1016cnT3 ； (8)生长多周期量子阱MQW发光层，发光层多量子阱由5-15个周期的InyGai_yN/ GaN阱垒结构组成，其中量子阱InyGai_yN(y=0.1-0.3)层的厚度为2_5nm，生长温度为700-800°C，生长压力为100-500Torr，V / III摩尔比为300-5000 ;其中垒层GaN的厚度为8_15nm，生长温度为800-950°C，生长压力为100-500Torr，V / III摩尔比为300-5000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂，Si组分为0.5%-3% ； (9)所述发光层多量子阱生长结束后，以N2作为载气生长低温厚度50-200nm之间的低温P型GaN层，生长温度为650-800°C，压力为100-500Torr，V / III摩尔比为300-5000，Mg的摩尔组分为0.3%-1% ； (10)所述低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为50-200nm的p型AlGaN层，生长温度为 900-1100°C，生长时间为 3-10min，压力在 20_200Torr，V / III摩尔比为 1000-20000，P型AlGaN层的Al的摩尔组分为10%_30%，Mg的摩尔组分为0.05%-0.3% ； (11)所述P型AlGaN层生长结束后，生长高温P型GaN层，生长厚度为100-800nm，生长温度为850-1000°C，生长压力为100-500Torr，V / III摩尔比为300-5000，Mg掺杂浓度为IO17-1O18Cnr3 ； (12)所述P型GaN层生长结束后，生长厚度为5-20nm的p型GaN接触层，生长温度为850-1050°C，生长压力为 100-500Torr, V /III摩尔比为 1000-5000 ； (13)外延生长结束后，将反应室的温度降至650-800°C，采用纯氮气氛围进行退火处理5-10min，然后降至室温，结束生长；外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
2.根据权利要求1所述的一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法，其特征在于:所述外延结构的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(NH3)分别作为Ga、Al、In和N源。
3.根据权利要求1所述的一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法，其特征在于:所述外延结构的生长过程中以硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别作为N、P型掺杂剂。
4.根据权利要求1所述的一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法，其特征在于:所述外延结构的生 长过程中以氢气(H2)或氮气(N2)作为载气。
【文档编号】H01L33/06GK103824908SQ201410090321
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】唐军 申请人:合肥彩虹蓝光科技有限公司