一种Mg掺杂P型GaN外延生长方法技术

本发明专利技术提供一种Mg掺杂P型GaN外延生长方法，其二极管外延片结构从下向上的顺序依次为：衬底、中温GaN缓冲层、N型GaN层、浅量子阱、复合量子阱层、P型GaN层、P型AlGaN层、P型GaN层、P型接触层、P型变量掺杂层，在InGaN/GaN多量子阱发光层与P型AlGaN之间生长具有In掺杂的低温P型氮化镓层，接下生长的P型AlGaN层可将In完全析出，大大提高空穴浓度，同时在P型AlGaN层后低温生长P型氮化镓层，低温P型氮化镓层可抑制P型掺杂剂的扩散作用；本发明专利技术有效改善接触层后所带来的外观不足，改善了外貌形态，提高外观等级；同时提高了结晶质量，对电压的降低提供足够空间；另外、提高了Mg的活化性能，提高了空穴浓度，可以提高至1015-1016cm-3，迁移率达到10cm2/v.s，掺杂效率达到3-5%。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，其二极管外延片结构从下向上的顺序依次为：衬底、中温GaN缓冲层、N型GaN层、浅量子阱、复合量子阱层、P型GaN层、P型AlGaN层、P型GaN层、P型接触层、P型变量掺杂层，在InGaN/GaN多量子阱发光层与P型AlGaN之间生长具有In掺杂的低温P型氮化镓层，接下生长的P型AlGaN层可将In完全析出，大大提高空穴浓度，同时在P型AlGaN层后低温生长P型氮化镓层，低温P型氮化镓层可抑制P型掺杂剂的扩散作用；本专利技术有效改善接触层后所带来的外观不足，改善了外貌形态，提高外观等级；同时提高了结晶质量，对电压的降低提供足够空间；另外、提高了Mg的活化性能，提高了空穴浓度，可以提高至1015-1016cm-3，迁移率达到10cm2/v.s，掺杂效率达到3-5%。【专利说明】—种Mg掺杂P型GaN外延生长方法
本专利技术涉及半导体行业LED外延工艺制程
，具体为。
技术介绍
Mg的参杂一直以来都存在很多问题，如:空穴浓度较低、电阻率较高、晶体质量不好等。而变量掺杂通过对电学的、光学的、表面形貌分析表明，在保证晶体质量的前提条件下，此种变量掺杂方法明显提高了空穴浓度，降低了电阻率，提高空穴迁移率，取得较好的表面形貌。目前LED外延生长对于镁杂质的自补偿效应比较明显，通常掺镁的氮化镓基材料的空穴浓度只有1017-1018cm_3，迁移率还不到10cm2/v.s，掺杂效率只有0.1_1%，不能很好满足器件要求，即镁被单独作为P型掺杂剂时，难以获得高质量、高空穴浓度的P型氮化镓材料。现有技术不足:镁的活化效率低，掺杂效率低，空穴浓度不高，镁向多量子阱有源区中扩散，均对发光二极管产生严重影响。本专利所采取的In掺杂及低温生长P型GaN外延方法，可以生长闻质量、闻外观等级、闻空穴浓度的P型氣化嫁材料。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供，以解决上述
技术介绍
中的问题。本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:，其二极管外延片结构从下向上的顺序依次为:衬底、中温GaN缓冲层、N型GaN层、浅量子阱、复合量子阱层、P型GaN层、P型AlGaN层、P型GaN层、P型接触层、P型变量掺杂层，在InGaN/GaN多量子阱发光层与P型AlGaN之间生长具有In掺杂的低温P型氮化镓层，接下生长的P型AlGaN层可将In完全析出，大大提高空穴浓度，同时在P型AlGaN层后低温生长P型氮化镓层，低温P型氮化镓层可抑制P型掺杂剂的扩散作用，其具体生长方法为:(I)将衬底材料在氢气气氛里进行退火，清洁衬底表面，温度为1040-1180°C，然后进行氮化处理；(2)中温缓冲层生长:在衬底氢化处理后结束后，将衬底温度升高至650-850°C，再次行热退火处理，退火时间为10-20min，退火之后，将温度调节至750-900°C，在V / III摩尔比为400-2800条件下外延生长厚度为0.6-1.5um间的高温不掺杂GaN，此生长过程中，生长压力为300-450Torr ；(3) N型层生长:中温缓冲层生长结束后，生长一层掺杂浓度稳定的N型层，厚度为1.2-4.2um，生长温度为1000-1200 °C，生长压力为300-450Torr，V /III摩尔比为400-2800 ；(4)浅量子阱SW生长:由6-12个周期的InxGal-XN(0.04<x<0.4) /GaN多量子阱组成，其中阱的厚度为2-5nm，生长温度为700_900°C，生长压力为100_600Torr，V /III摩尔比为 350-43000 ；(5)复合量子阱层MQW生长:由3-15个周期的InyGal_yN(x〈y〈l)/GaN多量子阱组成，阱中In的组份为10%-50%，阱的厚度为2-5nm，生长温度为720_820°C，生长压力为100-500Torr, V / III摩尔比为350-4300，垒层厚度为10_15nm，生长温度为820_920°C，生长压力为 100-500Torr, V /III摩尔比为 350-4300 ；(6) P型层生长:发光层多量子阱层生长结束后，生长厚度为IO-1OOnm的In掺杂P型GaN层，生长温度为620-820°C，生长时间为5-35min，生长压力为100-500Torr，V /III摩尔比为300-5000，在生长P型层的过程中，N2作为载气；(7)P型层生长:P型层生长结束后，生长厚度为16-35nm的ρ型AlGaN层，生长温度为950-1150°C，生长时间为9-12min，生长压力为150_500Torr，V /III摩尔比为1480-13800，Al 的组分为 15%-25% ；(8)P型层生长:P型层生长结束后，生长厚度为100_800nm的P型GaN层，生长温度为850-950°C，生长时间为5-30min，生长压力为100_500Torr，V /III摩尔比为350-4300 ；(9)P型层生长:P型层生长结束后，生长厚度为5_20nm的ρ型接触层，生长温度为850-1050°C，生长时间为 Ι-lOmin，生长压力为 200_450Torr，V /III摩尔比为 1480-13800 ；(IO)P型变量掺杂层生长，P型层生长结束后，生长厚度为10_18nm的变量掺杂层，生长温度为550-650°C，分三个阶段生长，第一阶段:压力为550-600Torr，流量为400-450sccm/min ;第二阶段:压力为 300-400Torr,流量为 240-260sccm/min ;第三阶段:压力为 150-200Torr,流量为 350-500sccm/min, V /III摩尔比为 1480-13800 ；(11)外延生长结束后，将反应室的温度降至400-700°C，采用纯氮气氛围进行退火处理5-10min，随后降至室温，外延制程结束。所述衬底、中温GaN缓冲层、N型GaN层、浅量子阱、复合量子阱层、P型GaN层、P型AlGaN层、P型GaN层、P型接触层、P型变量掺杂层以三甲基镓(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。所述衬底、中温GaN缓冲层、N型GaN层、浅量子阱、复合量子阱层、P型GaN层、P型AlGaN层、P型GaN层、P型接触层、P型变量掺杂层以硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别作为N、P型掺杂剂。所述衬底为蓝宝石，单晶硅。与已公开技术相比，本专利技术存在以下优点:本专利技术有效改善接触层后所带来的外观不足，改善了外貌形态，提高外观等级；同时提高了结晶质量，对电压的降低提供足够空间；另外、提闻了 Mg的活化性能，提闻了空穴浓度，可以提闻至1015_1016cm 3,迁移率达到10cm2/v.S，掺杂效率达到3-5%。【具体实施方式】为了使本专利技术的技术手段、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，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Mg掺杂P型GaN外延生长方法,其二极管外延片结构从下向上的顺序依次为：衬底、中温GaN缓冲层、N型GaN层、浅量子阱、复合量子阱层、P型GaN层、P型AlGaN层、P型GaN层、P型接触层、P型变量掺杂层，其特征在于：在InGaN/GaN多量子阱发光层与P型AlGaN之间生长具有In掺杂的低温P型氮化镓层，接下生长的P型AlGaN层可将In完全析出，大大提高空穴浓度，同时在P型AlGaN层后低温生长P型氮化镓层，低温P型氮化镓层可抑制P型掺杂剂的扩散作用，其具体生长方法为：（1）将衬底材料在氢气气氛里进行退火，清洁衬底表面，温度为1040‑1180℃，然后进行氮化处理；（2）中温缓冲层生长:在衬底氢化处理后结束后，将衬底温度升高至650‑850℃，再次行热退火处理，退火时间为10‑20min，退火之后，将温度调节至750‑900℃，在Ⅴ/Ⅲ摩尔比为400‑2800条件下外延生长厚度为0.6‑1.5um间的高温不掺杂GaN，此生长过程中，生长压力为300‑450Torr；（3）N型层生长：中温缓冲层生长结束后，生长一层掺杂浓度稳定的N型层，厚度为1.2‑4.2um，生长温度为1000‑1200℃，生长压力为300‑450Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为400‑2800；（4）浅量子阱SW生长：由6‑12个周期的InxGa1‑XN(0.04<x<0.4)/GaN多量子阱组成，其中阱的厚度为2‑5nm，生长温度为700‑900℃，生长压力为100‑600Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为350‑43000；（5）复合量子阱层MQW生长：由3‑15个周期的InyGa1‑yN(x<y<1)/GaN多量子阱组成，阱中In的组份为10%‑50%，阱的厚度为2‑5nm，生长温度为720‑820℃，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为350‑4300，垒层厚度为10‑15nm，生长温度为820‑920℃，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为350‑4300；（6）P型层生长：发光层多量子阱层生长结束后，生长厚度为10‑100nm的In掺杂p型GaN层，生长温度为620‑820℃，生长时间为5‑35min，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为300‑5000，在生长P型层的过程中，N2作为载气；（7）P型层生长：P型层生长结束后，生长厚度为16‑35nm的p型AlGaN层，生长温度为950‑1150℃，生长时间为9‑12min，生长压力为150‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为1480‑13800，Al的组分为15%‑25%；（8）P型层生长：P型层生长结束后，生长厚度为100‑800nm的p型GaN层，生长温度为850‑950℃，生长时间为5‑30min，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为350‑4300；（9）P型层生长：P型层生长结束后，生长厚度为5‑20nm的p型接触层，生长温度为850‑1050℃，生长时间为1‑10min，生长压力为200‑450Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为1480‑13800；（10）P型变量掺杂层生长，P型层生长结束后，生长厚度为10‑18nm的变量掺杂层，生长温度为550‑650℃，分三个阶段生长，第一阶段：压力为550‑600Torr,流量为400‑450sccm/min；第二阶段：压力为300‑400Torr,流量为240‑260sccm/min；第三阶段：压力为150‑200Torr,流量为350‑500sccm/min，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为1480‑13800；（11）外延生长结束后，将反应室的温度降至400‑700℃，采用纯氮气氛围进行退火处理5‑10min，随后降至室温，外延制程结束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林长军，
申请(专利权)人：合肥彩虹蓝光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34