间断式退火同温生长多量子阱LED外延结构及制作方法技术

本发明专利技术揭示了一种间断式退火同温生长多量子阱LED外延结构的制作方法，包括如下步骤：准备一衬底，在氢气气氛下高温处理衬底；在处理好的衬底表面依次生长缓冲层、n-GaN层；在n-GaN层上周期性生长MQW有源层；在MQW有源层上依次生长p-GaN及P型接触层；所述MQW有源层由至少两个多量子阱层组成，每个所述多量子阱层由InGaN量子阱层、GaN保护层及GaN量子垒层构成，且每个多量子阱中的各层均在同温下生长。本发明专利技术经过这中间的间隔退火处理，其晶面取向更为统一，晶格质量更高；得到高质量的量子阱结构层，发光效率提高10%以上，节省了大量原有在多量子阱层中升降温时间，产能提升明显；使低温GaN材料的表面平滑化，从而实现垒的均匀二维生长，得到高质量的多量子阱材料。

【技术实现步骤摘要】
间断式退火同温生长多量子阱LED外延结构及制作方法
本专利技术属于LED外延技术生长领域，尤其涉及一种多次间断式退火重结晶生长多量子阱LED外延结构及制作方法。
技术介绍
LED目前已经进入商业化生产阶段，如何在获得高质量外延片的前提下，进一步缩短外延片的生长时间以提高产能已经成为业界的一个重点。目前均采用MOCVD进行外延片的商业化生产，但由于InGaN量子阱和GaN量子垒生长的温度气氛存在差别，InGaN量子阱层在高温环境及H2生长氛围下In易析出及解离，不能有效形成器件及量子阱层，而GaN量子垒层则需在高温下生长，才能获得较高的晶体质量。所以为能同时得到高质量的InGaN阱材料和GaN垒材料，需要采用不同的温度生长多量子阱。现在的生长工艺中，一般使用温差环境生长LED多量子阱，即在不同的温度下生长阱和垒，如专利201210124792.4，在750-900℃范围内生长InGaN阱，在800-1000℃的温度范围内生长GaN垒。这种生长机制本身即是个矛盾的垒晶过程。但为了达到市场的波长需求，需要相对的低温生长量子阱层，为了达到较高内量子效率，较好束缚电子空穴对在量子阱中辐射复合发光，又需要在高温下生长量子垒层，故在生长InGaN/GaN多量子阱过程中需要不断的切换阱和垒生长所需的温度，但温度越高对于InGaN量子阱层的破坏就越严重。这个矛盾是制约现在GaN基LED外延技术发展的主要瓶颈之一，同时，在这种生长模式下，由于需要不停的切换高低生长温度，需要大量的温度Ramp，导致现有LED产业的外延产能整体偏低；考虑到在MOCVD外延生长LED整个外延工艺中，MQW生长时间占据了总外延片生长时间的一半，所以如何缩短MQW生长时间又能得到高质量的垒材料，成为提高GaN基LED外延片生产效率的一个主要因素。在目前的工艺条件下同温生长多量子阱，又无法满足结构设计对于高质量量子垒的需求，形成的量子垒位错密度大，无法有效形成电子空穴对有效势垒，影响发光效率。
技术实现思路
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是提出一种间断式退火同温生长多量子阱LED外延结构及制作方法。本专利技术的目的，将通过以下技术方案得以实现：一种间断式退火同温生长多量子阱LED外延结构的制作方法，包括如下步骤：S1，准备一衬底，在氢气气氛下高温处理衬底；S2，在处理好的衬底表面依次生长缓冲层、n-GaN层；S3，在n-GaN层上周期性生长MQW有源层；S4，在MQW有源层上依次生长p-GaN及P型接触层；所述S3中MQW有源层由至少两个多量子阱层组成，每个所述多量子阱层由InGaN量子阱层、GaN保护层及GaN量子垒层构成，且每个多量子阱中的各层均在同温下生长。优选地，所述MQW有源层的生长包括如下步骤：S31，在气氛为氮气环境下，生长厚度为1-5nm的第一InGaN量子阱层，所述氮气的流量为20-70L；S32，在生长完的第一InGaN量子阱层上，继续生长厚度为1-3nm的第一GaN保护层，以用于保护InGaN量子阱层中In组分在随后的氢气生长氛围中发生解离；S33，切换气氛，采用间断式退火生长厚度为5-25nm的GaN量子垒层；以上各层的生长条件相同，包括温度与压力，均为，温度750～900℃，压力50～1000mbar。优选地，所述S33中的GaN量子垒层包括至少两层相互间隔设置的GaN量子垒薄层与量子垒退火层。优选地，所述S33中GaN量子垒层的生长采用间隔式退火生长，包括如下步骤：S331，通入MO源，生长厚度为1-3nm的GaN量子垒薄层，所述载气为氮气或氮气与氢气混合气；S332，生长完毕后停止通MO源，切换气体氛围为氢气，其余生长条件不变，保持10-60S的间隔，使上一步骤生长的GaN量子垒薄层在氢气氛围下进行退火处理，形成量子垒退火层；退火温度也保持一致，该温度下为GaN退火，进行有效晶格重铸的最佳温度，所述退火处理的时间即是停止通MO源的时间。所述的间断式生长GaN量子垒层，具体是指，GaN量子垒层不采用一次性长完，中间间隔一定退火时间，采用不同的载气氛围。由于退火处理使已经生长的GaN量子垒层中质量不佳的晶格部分，在随后的退火重铸步骤中，被及时有效的解离分解出结构层，可及时处理掉质量不高的晶格部分，保留下晶格质量较高的功能层，进行完该退火重铸处理后，再继续生长下一层GaN量子垒层，如此往复，即可得到所需要的一定厚度的，但有较高质量的GaN量子垒层。S333，完成以上一层量子垒层的生长，重复S331、S332进行后续量子垒层的生长。5.根据权利要求4所述的间断式退火同温生长多量子阱LED外延结构的制作方法，其特征在于：所述量子垒层中的每个GaN量子垒薄层厚度相同。6.一种间断式退火同温生长的多量子阱LED外延结构，其特征在于：包括一衬底，所述衬底上依次生长有缓冲层、n-GaN层、MQW有源层、p-GaN及P型接触层，所述MQW有源层包括至少两层多量子阱层，所述多量子阱层由下至上依次包括InGaN量子阱层、GaN保护层及GaN量子垒层，所述GaN量子垒层由至少一层间隔生长的GaN量子垒薄层与量子垒退火层。本专利技术突出效果为：（1）、经过这中间的间隔退火处理，其晶面取向更为统一，晶格质量更高；（2）得到高质量的同温量子阱结构层，且其发光效率较原有的差温式生长的MQW结构层高出10%以上，效果明显。（3）节省了大量原有在多量子阱层中升降温时间，产能提升明显；（4）使低温GaN材料的表面平滑化，从而实现垒的均匀二维生长，得到高质量的多量子阱材料；（5）采用本专利技术生长的新型同温量子阱层生长LED外延片，单Run次时间节省15min。（6）外延片制作成10mil*16mil芯片后亮度得到明显的改善，发光效率较原有的差温式生长的MQW结构层高出10%。以下便结合实施例附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本专利技术技术方案更易于理解、掌握。附图说明图1是本实施例中的同温量子阱结构示意图。图2是本实施例中同温生长量子阱过程中载气切换时的生长示意图。图3是传统差温式生长多量子阱层后AFM量测量子垒的表面形貌图。图4是采用间断式多次重结晶退火生长同温多量子阱层结构后AFM量测量子垒的表面形貌图。具体实施方式本专利技术提供了一种间断式退火同温生长多量子阱LED外延结构及制作方法，本方法采用Aixtron公司MOCVD设备进行外延生长，使用NH3、TMGa/TEGa、TMIn分别作为N、Ga、In源。一种间断式退火同温生长的多量子阱LED外延结构，包括一衬底，所述衬底上依次生长有缓冲层、n-GaN层、MQW有源层、p-GaN及P型接触层，所述MQW有源层包括至少两层多量子阱层，一般采用5-20个，本实施例中生长为15个。所述多量子阱层由下至上依次包括InGaN量子阱层、GaN保护层及GaN量子垒层，所述GaN量子垒层由至少一层间隔生长的GaN量子垒薄层与量子垒退火层。一般为达到实际的发光需求，采用3-20层GaN量子垒薄层。以上所述的外延结构的制作方法，包括如下步骤：S1，准备一衬底，在氢气气氛下高温处理衬底；S2，在处理好的衬底表面依次生长缓冲层、n-GaN层；S3，在n-GaN层上周期性生长MQW有源层；所述MQW有源层由至少两个多量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种间断式退火同温生长多量子阱LED外延结构的制作方法，包括如下步骤：S1，准备一衬底，在氢气气氛下高温处理衬底；S2，在处理好的衬底表面依次生长缓冲层、n‑GaN层；S3，在n‑GaN层上周期性生长MQW有源层；S4，在MQW有源层上依次生长p‑GaN及P型接触层；其特征在于：所述S3中MQW有源层由至少两个多量子阱层组成，每个所述多量子阱层由InGaN量子阱层、GaN保护层及GaN量子垒层构成，且每个多量子阱中的各层均在同温下生长。

【技术特征摘要】
1.一种间断式退火同温生长多量子阱LED外延结构的制作方法，包括如下步骤：S1，准备一衬底，在氢气气氛下高温处理衬底；S2，在处理好的衬底表面依次生长缓冲层、n-GaN层；S3，在n-GaN层上周期性生长MQW有源层；S4，在MQW有源层上依次生长p-GaN及P型接触层；其特征在于：所述S3中MQW有源层由至少两个多量子阱层组成，每个所述多量子阱层由InGaN量子阱层、GaN保护层及GaN量子垒层构成，且每个多量子阱中的各层均在同温下生长；所述MQW有源层的生长包括如下步骤：S31，在气氛为氮气环境下，生长厚度为1-5nm的第一InGaN量子阱层，所述氮气的流量为20-70L；S32，在生长完的第一InGaN量子阱层上，继续生长厚度为1-3nm的第一GaN保护层，以用于保护InGaN量子阱层中In组分在随后的氢气生长氛围中发生解离；S33，切换气氛，采用间断式退火生长...

【专利技术属性】
技术研发人员：南琦，王怀兵，王辉，吴岳，傅华，
申请(专利权)人：苏州新纳晶光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32