一种氮化物半导体发光器件的外延生长工艺制造技术

一种氮化物半导体发光器件的外延生长工艺，属于半导体光电技术领域，在生长高In组分InGaN/GaN多量子阱有源层的高In组分InGaN阱层时，采用的氮源包含在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物，能够实现在较低的温度下生长InGaN合金，并且相较于传统工艺中的NH3提供更多的氮原子，提高气相中的氮分压，这些都有利于In的并入，从而提高InGaN合金中的In组分，同时还可避免采用高温进行InGaN合金外延生长所带来的一系列问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体光电
，特别是指一种氮化物半导体发光器件的外延生长工艺技术。
技术介绍
三元合金材料InGaN作为第三代直接能隙宽禁带半导体，在光电
有着广阔的应用前景。通过改变合金中In和Ga的组分，其禁带宽度在0.7eV到3.4eV范围内连续可调，几乎覆盖整个可见光波段。因此InGaN/GaN多量子阱结构常被用来生长高亮度蓝光、绿光和黄光半导体发光器件的有源区。近年来，随时III-V族化合物半导体技术的不断发展，基于InGaN体系的蓝光LED和基于AlInGaP体系的红光LED在性能和发光效率上都取得了极大的突破，然而绿光LED的发展仍然远远落后，其发光效率远低于蓝光LED和红光LED，这就是所谓的“Green Gap”问题。对于InGaN合金，在高生长温度的条件下，In原子难以并入，因此高In组分InGaN合金通常需要在800℃以下的低温条件下生长。在传统的InGaN合金的外延生长工艺中，所用的氮源通常为NH3。然而由于NH3具有很高的热稳定性，其在950℃时的分解率只有15%，因此想要获得高质量的氮化物合金，生长温度需要在1000℃以上。这将不利于高In组分InGaN合金的生长。同时，在高温下氮的活性非常强，导致所生长的氮化物合金中氮空位浓度非常高。这是导致长波段氮化物半导体发光器件的发光效率比较低的原因之一。另外，由于NH3的热稳定性，在生长氮化物合金时NH3的用量很大，通常V/III比需要达到几千甚至上万，这对NH3也造成了极大的浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种生长高In组分InGaN/GaN多量子阱有源层中的高In组分InGaN阱层的外延生长工艺，以提高InGaN合金中的In组分，提高长波段氮化物半导体发光器件的发光效率。本专利技术的技术方案是：在衬底的同一侧依次外延生长缓冲层、非故意掺杂GaN层、n型掺杂GaN层、高In组分InGaN/GaN多量子阱有源层、电子阻挡层和p型掺杂GaN层。本专利技术特点是：在生长所述高In组分InGaN/GaN多量子阱有源层的高In组分InGaN阱层时，采用的氮源包含在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物。针对现有的技术问题，本专利技术在生长所述高In组分InGaN/GaN多量子阱有源层的高In组分InGaN阱层时，采用的氮源包含在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物，通过这种在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物来代替传统工艺中的NH3作为生长高In组分InGaN合金的氮源，能够实现在较低的温度下生长InGaN合金，并且相较于传统工艺中的NH3提供更多的氮原子，提高气相中的氮分压，这些都有利于In的并入，从而提高InGaN合金中的In组分，同时还可避免采用高温进行InGaN合金外延生长所带来的一系列问题。本专利技术在生长所述高In组分InGaN阱层时，采用的氮源可以全部是在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物，也可以是NH3和在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物所组成的混合气体。生长所述高In组分InGaN阱层时的氮源全部是在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物时，以III族源为金属源，所述含氮化合物与III族源的V/III比为20～80∶1，在该比例范围内即可提供足够参与反应的氮原子，减少氮源的使用量。生长所述高In组分InGaN阱层时的氮源是NH3和在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物所组成的混合气体时，所述NH3和所述含氮化合物的混合摩尔比为0～9∶1，以III族源为金属源，所述氮源混合气体与III族源的V/III比为20～1000∶1，通过NH3的引入，可以调节气相中的氮分压。所述在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物可以为单甲基联胺（CH3HNNH2，MMHy）、二甲基联胺（(CH3)2NNH2，DMHy）、叔丁基联胺（(CH3)3CHNNH2，TBHy）或联胺（H2NNH2）中的任意一种，这些含氮化合物的裂解能都非常低，能够在较低的温度下分解产生InGaN合金所需的氮原子。优选地，本专利技术所述高In组分InGaN阱层的生长温度条件为600℃～900℃。较低的生长温度有利于InGaN合金中In的并入。所述高In组分InGaN阱层中In的组分在30%以上，用以调节发光波长达到长波波段范围。与现有技术相比，本专利技术采用一种在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物来代替传统工艺中的NH3作为生长高In组分InGaN合金的氮源，改善了传统工艺中在低温条件下生长高In组分InGaN合金时NH3作为氮源分解效率低的问题。同时，在低温下生长氮的活性没有高温下强，并且低分解温度的氮源能够提供更多的氮原子，提高气相中的氮分压，这些都可以抑制InGaN合金中氮空位的浓度，改善合金质量，提高长波段氮化物半导体发光器件的发光效率，改善“Green Gap”问题。附图说明图1是本专利技术的一种发光器件的外延片的结构示意图。图中，100：衬底；101：缓冲层；102：非故意掺杂GaN层；103：n型掺杂GaN层；104：高In组分InGaN/GaN多量子阱有源层；105：电子阻挡层；106：p型掺杂GaN层。具体实施方式本专利技术整个过程采用MOCVD设备生长，生长中高In组分InGaN阱层时加入了在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物作为氮源，其他外延层的生长仍然以NH3作为氮源；以三甲基镓(TMGa)或三乙基镓(TEGa)作为Ga源；以三甲基铟(TMIn)作为In源；以三甲基铝(TMAl)作为Al源；以硅烷(SiH4)作为n型掺杂源；以二茂镁(Cp2Mg)作为p型掺杂源；以氢气(H2)或氮气(N2)作为载气。具体生长步骤：1、在衬底100上生长一层厚度在20nm～40nm之间的缓冲层101，生长所需的氮源为NH3，Ga源为TMGa，生长气氛为H2气氛。2、在缓冲层101上生长一层厚度为2μm左右的非故意掺杂GaN层102，生长所需的氮源为NH3，Ga源为TMGa，生长气氛为H2气氛。3、在非故意掺杂GaN层102上生长一层厚度为2μm左右的n型掺杂GaN层103，生长所需的氮源为NH3，Ga源为TMGa，生长气氛为H2气氛。4、在n型掺杂GaN层103上生长高In组分InGaN/GaN多量子阱有源层104：共生长5～20对高In组分InGaN/GaN量子阱，在每一对中，高In组分InGaN阱层厚度为3nm左右，GaN垒层厚度为15nm左右，生长所需的Ga源为TEGa，In源为TMIn，生长气氛切换为N2气氛。特别地，在高In组分InGaN/GaN多量子阱有源层的生长过程中，生长阱层时所需的氮源以不同的实施例说明如下。实施例A：高In组分InGaN阱层中In的组分在30%以上，生长温度在600℃～900℃之间。生长高In组分InGaN阱层时所需的氮源完全为700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物，所述含氮化合物与III族源的V/III比为20～80∶1。实施例B：高In组分InGaN阱层中In的组分在30%以上，生长温度在600℃～900℃之间。生长高In组分InGaN阱层时所需的氮源为NH3和700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物所组成的混合气体，所述混合气体中NH3和700℃以下即具有高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体发光器件的外延生长工艺，在衬底的同一侧依次外延生长缓冲层、非故意掺杂GaN层、n型掺杂GaN层、高In组分InGaN/GaN多量子阱有源层、电子阻挡层和p型掺杂GaN层；其特征在于：在生长所述高In组分InGaN/GaN多量子阱有源层的高In组分InGaN阱层时，采用的氮源包含在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物。

【技术特征摘要】
1.一种氮化物半导体发光器件的外延生长工艺，在衬底的同一侧依次外延生长缓冲层、非故意掺杂GaN层、n型掺杂GaN层、高In组分InGaN/GaN多量子阱有源层、电子阻挡层和p型掺杂GaN层；其特征在于：在生长所述高In组分InGaN/GaN多量子阱有源层的高In组分InGaN阱层时，采用的氮源包含在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物。2.根据权利要求1所述的外延生长工艺，其特征在于：在生长所述高In组分InGaN阱层时，采用的氮源为在700℃以下即具有高分解能力的含氮化合物。3.根据权利要求2所述的外延生长工艺，其特征在于：在生长所述高In组分InGaN阱层时，以III族源为金属源，所述含氮化合物与III族源的V/III比为20～80∶1。4.根据权利要求1所述的外延生长工艺，其特征在于：在生长所述高In组分InGaN阱层时，采用的氮源是NH3和在7...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴俊，王明洋，闫其昂，李志聪，孙一军，王国宏，
申请(专利权)人：扬州中科半导体照明有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32