一種氮化鎵基發光二極管外延片結構及其制備方法

專利名稱：一種氮化鎵基發光二極管外延片結構及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極管，尤其是涉及一種第三代半導體光電子器件領域中應用氮化 鎵(GaN)基及其化合物薄膜的外延生長技術一橫向外延過生長技術(ELOG)的氮化鎵基發 光二極管外延片結構及其制備方法。
背景技術：
GaN基發光二極管具有體積小、壽命長，可實現大面積陣列；LED使用低于5V的直流 電源驅動，輻射區主要集中在可見光區。具有低壓、省電、冷光源、響應時間短、發光效率 高、防爆和節能可靠等優點，其市場潛力巨大。它除了應用在交通指示燈，大面積顯示屏外， 在節能日常照明光源的應用也是日趨成熟。LED不含有對人體有害的鉛和汞，同時避免了對 環境的污染，對于廢棄物的回收問題，也比現行日光燈少，可說是既安全又環保，有"綠色照 明光源"之稱。許多專家認為，LED是繼第一代白熾燈光源，第二代熒光燈光源，第三代高強 度氣體放電燈光源之后的第四代照明光源。世界上生產藍光二極管的半導體公司紛紛和老牌 燈泡制造商結盟，搶占這個可以說是未來最大的照明市場。
in族-氮化物半導體材料由于其優良的光電特性，在制備紫外探測器，發光二極管，激光
二極管以及高溫，高頻等光電器件領域有著廣泛應用并在近年來取得了突破性的進展([l] Shuji Nakamura.Recent Developments in InGaN-Based Blue LEDs and LDs. Department of Research and Development, Nichia Chemical Industries, Ltd; [2] Takashi MUKAI, Motokazu YAMADA and Shuji NAKAMURA. Characteristics of InGaN-Based UV/Blue/Green/Amber/Red Light墨EmittingDiodes.Jpn. J. Appl.Phys, 1999; 38:3976)。其三元化合物InGaN，通過調節合 金中In的組分，禁帶寬度理論上可從0.6eV (InN )連續變化到3.4eV (GaN),發光波長覆蓋 了整個可見光波段和部分紫外光波段，被廣泛應用于光電子器件LED和LD的有源層([3] Chin-Hsiang CHEN, Shoou-Jinn CHANG and Yan-Kuin SU. High-Indium-Content InGaN/GaN Multiple-Quantum-Well Light-Emitting Diodes .Jpn丄Appl. Phys, 2003 ;42: 2281 ; [4] Horng墨Shyang Chen, Dong-Ming Yeh, Chih-Feng Lu， etal. White light generation with CdSe-ZnS nanocrystals coated on an InGaN-GaN quantum-well blue/Green two-wavelength light-emitting diode .IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, 2006; 18:NO. 13。)。 1995年，Nakamura等人開發出了InGaN單量子阱結構LED，緊接著多量子阱結構可使LED 的外量子效率高達20% ([5] Mukai T. Recent progress in grou摻鎂III nitride Light-emitting diodes[J].正EE J.Select.Topics Quantum electron,2002,8(2):264-270),由于量子阱對載流子起到 很好的限制作用，且InGaN三元合金材料具有其內在特性在InGaN的生長過程中，In的空間 分布存在漲落，因而在量子阱中形成類似量子點結構的納米尺寸的富In區，對載流子起到三 維限制作用，使載流子在發生輻射復合之前更難遷移到由于缺陷等引起的非輻射復合中心， 從而大大提高輻射復合發光效率([6] S. Nakamura， M. Senoh and T. Mukai.摻鎂 GaN/N-InGaN/N-GaN Double-Heterostructure Blue-Light-Emitting Diodes Jpn. Jpn.J. Appl. Phys., 1993;32:L8; [7] S. Nakamura， T. Mukai, M. Senoh，etal. In;cGa(卜;c)N/InyGa(卜力N superlattices grown on GaN films J.Appl.Phys.，1993; 74:3911)。所以目前GaN基LED主流結構就是采用InGaN/GaN， InGaN/AlGaN單量子阱或多量子阱結構。已有的傳統GaN基LED (參見圖l)是在藍寶石襯底 l上用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)方法生長一層非摻雜的低溫GaN緩沖層，然后L溫 在高溫下生長一層摻Si的摻硅GaN層2，接著在慘硅GaN層上生長InGaN/GaN多量子阱有源層 3，最后在有源層上生長一層摻鎂AlGaN層和一層摻鎂GaN層4。形成平面的LED器件外延片。
一般而言，LED的發光亮度隨著注入電流的增加而增強，但是pn結存在一個最高工作溫 度，大電流注入會產生大量的熱而損壞晶體和封裝設備，從而導致器件壽命縮短，所以提高 注入電流的能量轉換效率才是關鍵的技術。我們常用外量子效率來衡量電能轉換為光能的效 率，其大小等于內量子效率與光子的逃逸率之積。隨著外延技術的提高，GaN基半導體材料 的晶體質量得到很大的提高，所以一般來說，高性能的LED的內量子效率都很高，只是由于 晶格缺陷，襯底對光的吸收以及傳統LED矩形腔結構的全反射問題導致光子逃逸率很低，實 際的外量子效率不高。由于GaN的折射率比空氣的的折射率大，所以當9<& (光從GaN層出射 到空氣時的全反射角)時，光會從正面逸出，當e〉9o。-e。時，光在側面入射角小于全反射角，
光從側面逸出，而當e^e〈90。-9c時，光在正面和側面都小于全反射角，不能逸出。經計算，對
于矩形腔結構的LED，只有40%的光能從表面逸出(參見圖2)。
圍繞著提高光子的逃逸率，國內外做了很多研究。1995年，Yoshida等人從降低晶體中缺 陷著手提出了LEO生長技術有效地降低了GaN外延層的位錯密度(4一5個數量級)甚至在翼 區GaN接近無位錯([8]Usui A,Sunakawa H,Sakai A etal.Jpn丄Appl.Phys, Part2，1997,36(7B): L899)從而大大提高了LED的發光效率。 一種在美國已經商業化的提高光子逃逸率的方法就 是采用透
把襯底腐蝕得很薄，在利用電極的反射性很好而提高出光效率。Lumileds公司采用透明襯底， 截面為梯形，立體結構為倒金字塔形的芯片結構，破壞傳統芯片立方體形狀，解決全反射問 題而提高出光效率。上世紀80年代Burnham等人提出了生長分布布拉格反射層結構([9] Qi Yun，Dai Ying,Li Anyi. Enhancement of the external quantum efficiency of light-emitting-diodes[J], Electronic Components and Materials, 2003,22(4): 43-45(in Chinese))，減小襯底對光的吸收而 大大提高光子的逃逸率。也有研究采用在生長完的外延片上進行表面粗化，激光剝離襯底再 鍵合上透明襯底以及把襯底換成導熱好并且反射性好的金屬，采用光子晶體等等，所有這些 研究都是為了提高LED器件的外量子效率。

發明內容
本發明的目的在于為了克服采用常規LED器件結構存在的出光效率低等不足，提供一種 出光效率高、晶體質量好的氮化鎵基發光二極管外延片結構及其制備方法。
本發明的技術方案是利用橫向外延過生長技術的特點破壞傳統的矩形光學諧振腔，采用 LP—MOCVD (低壓金屬有機化學氣相沉積系統)設備，利用高純H2、 N2作為載氣，進行 LED外延片的制備，整個生長過程中生長壓力控制在50-780Torr之間。
本發明所述的氮化鎵基發光二極管外延片結構設有藍寶石襯底、未慘雜的GaN緩沖層、 第l摻硅GaN層、介質層、第2摻硅GaN層，3 5個周期的InGaN/GaN多量子阱、摻鎂 AlGaN層和摻鎂GaN層，從下至上未摻雜的GaN緩沖層、第1摻硅GaN層、介質層、第2 摻硅GaN層，3 5個周期的InGaN/GaN多量子阱、摻鎂AlGaN層和摻鎂GaN層依次設在 藍寶石襯底上；未摻雜的GaN緩沖層的厚度為10 40nm，第l摻硅GaN層的厚度為2 3pm， 介質層的厚度為100 200nm，第2摻硅GaN層的厚度為2 3nm，3 5個周期的InGaN/GaN 多量子阱的每個周期的厚度為3 5nm，摻鎂AlGaN層的厚度為0.1 0.2pm，摻鎂GaN層的 厚度為0.2 0.3(im;介質層為Si02層或SiN層。
本發明所述的氮化鎵基發光二極管外延片結構的制備方法，具體步驟如下
1) 將(0001)面的藍寶石襯底裝入反應室，在H2氣氛下加熱至1050 120(TC對襯底進 行熱處理10 20min;接著降溫在500 600'C生長厚度10 40nm的GaN緩沖層；
2) 在950 110(TC下在GaN緩沖層上生長0.5 2iim第1摻硅GaN層，降溫取出樣品；
3) 在200 300。C下在樣品上用PE—CVD沉積法沉積100 200nm厚的Si02層或SiN
層，分別沿第1摻硅GaN層的〈1100〉 <11—20>方向用傳統的光刻工藝刻出2 10pm寬的 窗口作為圖形襯底，得帶有圖形襯底的樣品，窗口的圖形可為條形，六邊形，菱形或者圓形 等，其中條形窗口的寬度為2 8pm，周期為8 20pm,長度為1 3cm，六邊形窗口的外接
圓的直徑為5 10nm，周期為10 20|mi，菱形窗口的內接圓的直徑為4 10pm，周期為10 20nm，圓形窗口的直徑為5 1(Him,周期為10 20pm;
4)樣品清洗后放入金屬有機化學氣相沉積(M0CVD)系統中進行外延生長首先在950 IIOO'C下生長一層2 3pm的第2慘硅GaN層，接著在N2氣氛下生長3 5個周期的 InGaN/GaN多量子阱，最后生長0.1 0.2pm厚的摻鎂AlGaN層和0.2 0.3pm厚的摻鎂GaN 層，整個外延生長完成后，將外延片在700 850'C的N2氣氛下退火10 20min，得氮化鎵基 發光二極管外延片。
本發明的Ga、 In、 Mg、 N、 Si源分別為高純的三甲基鎵(TMGa)，三甲基銦(TMIn)， 三甲基鋁(TMA1), 二茂鎂(Cp2Mg)、 NH3和硅烷(SiH4)。
生長GaN緩沖層的壓力為500 600Torr，載氣流量為10 30L/min， TMGa流量為20 120pmol/min，冊3流量為80 120mol/min。
生長第1摻硅GaN層和第2摻硅GaN層的壓力為100 300Torr，載氣流量為5 20L/min， TMGa流量為80 400nmol/min，NH3流量為120 500mol/min, SiH4流量為0.2 2.0nmol/min。
生長InGaN/GaN多量子阱的壓力為50 500Torr，載氣流量為5 20L/min， NH3流量為 120 500mol/min。阱層的厚度為2.0 5.0nm，阱層的生長溫度為700 900°C， TMGa流量為 1.0 4.0(^mol/min, TMIn流量為10 40pmol/min，壘層的厚度為5 20nm，壘層的生長溫度 為700 900°C， TMGa流量為10 40|imol/min。
生長摻鎂AIGaN層和摻鎂GaN層的壓力為76 200Torr，載氣流量為5 20L/min，生長 溫度為1000 1100°C， TMGa的流量為20 50nmol/minTMAl的流量為2.0 5.(Vmol/min， NH3流量為120 500mol/min， Cp2Mg的流量為0.5 5.0(imol/min。
在橫向外延過生長過程中， 一般認為窗口區的外延層厚度超過掩膜區厚度時開始側向外 延，盡管緩沖層的位錯密度相對很高，但是翼區上側向外延的GaN位錯密度卻遠遠低于窗口 區。而且橫向和縱向的生長速率比可以通過反應室的生長條件來控制。通過控制生長溫度、
生長壓力和v/m等參數使橫向生長速率小于縱向生長速率。當相鄰兩窗口區側向外延部分相
結合時，在不同的圖形襯底上外延生長的多量子阱LED器件結構，最終其截面在生長方向上 形成并排的小三角形或者梯形結構，不同于傳統的矩形腔結構。 與現有的LED器件相比，本發明的突出優點是
1、 利用可控非平面型LED器件結構，破壞傳統的矩形光學諧振腔結構，解決光的全反 射問題(參見圖2)，從而提高出光效率。
2、 從實踐需要考慮，由于側向生長速率很慢，其截面在生長方向上形成并排的小三角形
或者梯形，必須選擇小的掩膜層寬度，當然只要生長的時間足夠長，其外延結構可形成大的 三角形或者大的梯形結構，但是這種方案是不可行的，因為考慮到光在晶體中傳播的過程中 是呈指數關系衰減的，大三角形和大梯形對提高光子的逃逸率意義不大，所以側向生長的翼 區選擇很小的掩膜層寬度，最終其截面在生長方向上形成并排的小三角形或者小梯形，有利 于光從材料表面逸出(參見圖4和圖6)。
3、 LED器件結構材料直接生長在翼區低位錯的GaN上，有利于獲得高質量的有源層材 料，從而可大大提高其發光效率。
4、 眾所周知，只要出光效率得到提高就可以相應地降低LED芯片內熱效應帶來的問題， 即P—I特性曲線的亞線性問題。在注入相同的電流的條件下，出光效率高的LED其熱效應 較低，pn結就不容易達到其最高工作溫度，因此可延長其工作壽命，也使得LED器件的各 方面性能得到很好的提高。


圖1為傳統的LED外延片結構示意圖。
圖2為傳統的LED矩形腔結構光路示意圖。
圖3為本發明實施例1的LED外延片結構(截面為小三角形)示意圖。 圖4為本發明實施例1的側向外延生長得到小三角形截面的LED結構光路示意圖。 圖5為本發明實施例2的LED外延片結構(截面為小梯形)示意圖。 圖6為本發明實施例2的側向外延生長得到小梯形截面的LED結構光路示意圖。 在圖1 6中，1.藍寶石襯底，2.第1摻硅GaN層，3. 3 5個周期的InGaN/GaN多量 子阱，4.摻鎂AlGaN層和摻鎂GaN層，5.介質層，6.第2摻硅GaN層。
具體實施例方式
以下實施例均采用3X2CCS LP—MOCVD設備進行外延片生長。 實施例1
參見圖3，本發明所述的氮化鎵基發光二極管外延片結構設有藍寶石襯底1、未摻雜的 GaN緩沖層(在圖3中未畫出)、第l摻硅GaN層2、介質層5、第2摻硅GaN層6， 3 5 個周期的InGaN/GaN多量子阱3、摻鎂AlGaN層和摻鎂GaN層4，從下至上未摻雜的GaN 緩沖層、第1慘硅GaN層2、介質層5、第2摻硅GaN層6， 3 5個周期的InGaN/GaN多 量子阱7、摻鎂AlGaN層和摻鎂GaN層4依次設在藍寶石襯底l上；未摻雜的GaN緩沖層 的厚度為10 40nm，第1摻硅GaN層的厚度為2 3(mi，介質層的厚度為100 200nm，第 2摻硅GaN層的厚度為2 3pm，3 5個周期的InGaN/GaN多量子阱的每個周期的厚度為3
5nm，摻鎂AlGaN層的厚度為0.1 0.2pm，摻鎂GaN層的厚度為0.2 0.3pm;介質層5為 Si02層或SiN層。
以下給出其制備方法。
(1) 將(0001)取向免清洗的藍寶石襯底裝入反應室，在Hb氣氛下加熱至106(TC烘烤 15min，反應室壓力為500Torr。
(2) 在53(TC下生長厚度為25nm的GaN緩沖層，生長壓力為500Torr， TMGa流量為 40(xmol/min， NH3流量為110jimol/min。
(3) 在103(TC下生長第1摻硅GaN層，生長壓力為200Torr。
(4) 在30(TC下用PE—CVD沉積法沉積SiO2層，厚度為200nm，用傳統的光刻藝沿摻硅
GaN層的〈1120〉方向刻出不同圖形和尺寸的窗口區。
(5) 把刻有圖形的樣品清洗干凈后再次放入金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)系統再次 外延生長(二次外延)。
(6) 二次外延先在H2氣氛下生長第2摻硅GaN層，生長溫度為1050°C，生長壓力為 200Torr， TMGa流量為lOOpmol/min, NH3流量為250mol/min。由于橫向和縱向生長速率的 不同，相鄰窗口區的第2摻硅GaN層在掩膜層區域上愈合后，形成截面為三角形的外延片結 構，然后在N2氣氛下生長5個周期的InGaN/GaN量子阱。阱層為InGaN，厚度為3nm，生 長壓力為300Torr， TMGa的流量為4.0|imol/min， TMIn的流量為12.0(miol/min， NH3流量為 250.0mol/min，生長溫度為750°C;壘層為GaN，厚度為15nm， TMGa的流量為20.0nmol/min， NH3流量為250mol/min，生長溫度為85(TC。最后在950。C下生長慘鎂AlGaN層和慘鎂GaN 層，生長壓力為100Torr， TMGa的流量為50pmol/min, NH3流量為180.0mol/min， Cp2Mg的 流量為0.5)amol/min。
(7) 把外延生長后得到的樣品在700°C N2氣氛下退火20min, &流量為2.0L/min (參見 圖3)。
實施例2
(1) 將(0001)取向免清洗的藍寶石襯底裝入反應室，在H2氣氛下加熱至108(TC烘烤 10min，反應室壓力為500Torr。
(2) 在530'C下生長厚度為30nm的GaN緩沖層，生長壓力為500Torr， TMGa流量為 50,ol/min， NH3流量為150fxmol/min。
(3) 在1050。C下生長GaN層與第1摻硅GaN層，生長壓力分別為200Torr和100Torr。
(4) 在30(TC下用PE-CVD沉積SK)2層，厚度為200nm，用傳統的光刻藝刻沿摻硅GaN
層的<1100>方向刻出出不同圖形和尺寸的窗口區。
(5) 把刻有圖形的樣品清洗干凈后再次放入金屬有機化學氣相沉積系統(MOCV系統) 外延生長(二次外延)。
(6) 二次外延先在H2氣氛下生長第2摻硅GaN層，生長溫度為103(TC，生長壓力為 200Torr， TMGa流量為100nmol/min， NH3流量為250molZmin。由于橫向和縱向生長速率的 不同，使相鄰窗口區的第2摻硅GaN層在掩膜層區域上愈合，形成截面為梯形的外延片結構， 然后在N2氣氛下生長5個周期的InGaN/GaN量子阱。阱層為InGaN，厚度為3nm，生長壓 力為300Torr， TMGa的流量為4.0|miol/min， TMIn的流量為12.0pmol/min, NH3流量為 250.0mol/min;壘層為GaN,厚度為15nm ,TMGa的流量為30.0pmol/min， NH3流量為 230mol/min,生長溫度為850°C。最后在95(TC下生長摻鎂AlGaN層和摻鎂GaN層，生長壓 力為100Torr， TMGa的流量為50pmol/min,NH3流量為180.0mol/min,Cp2Mg的流量為 0.5[xmol/min。
(7) 把外延生長后得到的樣品在800°C N2氣氛下退火10min, N2流量為2.0L/min (參見 圖5，圖5中的代號含義與圖3相同)。
實施例3
(1) 將(0001)取向免清洗的藍寶石襯底裝入反應室，在H2氣氛下加熱至106(TC烘烤 15min，反應室壓力為500Torr。
(2) 在55(TC下生長厚度為25nm的GaN緩沖層，生長壓力為500Torr， TMGa流量為 65pmol/min， NH3流量為180(omol/niin。
(3) 在1030。C下生長GaN層與第1摻硅GaN層，生長壓力分別為200Torr和100Torr。
(4) 在30(TC下用PE-CVD沉積Si02，厚度為150nm，用傳統的光刻藝沿n-GaN的< 11—20 >
方向刻出不同圖形和尺寸的窗口區。
(5) 把刻有圖形的樣品清洗干凈后再次放入金屬有機化學氣相沉積系統(MOCV系統)外 延生長(二次外延)
(6) 二次外延先在H2氣氛下生長第2摻硅GaN層，生長溫度為1080°C，生長壓力為 200Torr， TMGa流量為50pmol/min， NHs流量為120mol/min。由于橫向和縱向生長速率的不 同，相鄰窗口區的第2摻硅GaN在掩膜層區域上愈合，形成截面為三角形的外延片結構，然 后在N2氣氛下生長3個周期的InGaN/GaN量子阱。阱層為InGaN，厚度為4nm，生長壓力 為300Torr, TMGa的流量為3.0|xmol/min， TMIn的流量為10.0pmol/min， NH3流量為 220.0mol/min;壘層為GaN，厚度為12nm， TMGa的流量為20.0pmol/min， NH3流量為250mol/min，生長溫度為900'C。最后在950'C下生長摻鎂AlGaN層和摻鎂GaN層，生長壓 力為100Torr， TMGa的流量為5(^mol/min,NH3流量為180.0mol/min,Cp2Mg的流量為 0.5(imol/min。
(7)把外延生長后得到的樣品在80(TCN2氣氛下退火10min， &流量為2.0L/min。 實施例4
(1) 將(0001)取向免清洗的藍寶石襯底裝入反應室，在H2氣氛下加熱至1080'C烘烤 10min，反應室壓力為500Torr。
(2) 在53CTC下生長厚度為30nm的GaN緩沖層，生長壓力為500Torr， TMGa流量為 80jimol/min, NH3流量為220,01/min。
(3) 在105(TC下生長GaN層與第1摻硅GaN層，生長壓力均為200Torr。
(4) 在300'C下用PE-CVD沉積SiO2層，厚度為150nm，用傳統的光刻藝刻沿摻硅GaN
層的<1100>方向刻出出不同圖形和尺寸的窗口區。
(5) 把刻有圖形的樣品清洗干凈后再次放入金屬有機化學氣相沉積系統(MOCV系統) 外延生長(二次外延)。
(6) 二次外延先在H2氣氛下生長第2摻硅GaN層，生長溫度為105(TC，生長壓力為 200Torr， TMGa流量為50timol/min， NHs流量為120mol/min。由于橫向和縱向生長速率的不 同使相鄰窗口區的第2摻硅GaN層在掩膜層區域上愈合，形成截面為梯形的外延片結構，然 后在N2氣氛下生長3個周期的InGaN/GaN量子阱。阱層為InGaN，厚度為4nm，生長壓力 為300Torr， TMGa的流量為3pmol/min， TMIn的流量為10.0pmol/min, NH3流量為 220.0mol/min;壘層為GaN，厚度為15nm， TMGa的流量為30.0pmol/min， NH3流量為 280mol/min，生長溫度為900'C。最后在950'C下生長摻鎂AlGaN層和摻鎂GaN層，生長壓 力為100Torr， TMGa的流量為50nmol/min,NH3流量為180.0mol/min,Cp2Mg的流量為 0.5jamol/min。
(7) 把外延生長后得到的樣品在800°C N2氣氛下退火10min， N2流量為2.0L/min。
權利要求
1.一種氮化鎵基發光二極管外延片結構，其特征在于設有藍寶石襯底、未摻雜的GaN緩沖層、第1摻硅GaN層、介質層、第2摻硅GaN層，3～5個周期的InGaN/GaN多量子阱、摻鎂AlGaN層和摻鎂GaN層，從下至上未摻雜的GaN緩沖層、第1摻硅GaN層、介質層、第2摻硅GaN層，3～5個周期的InGaN/GaN多量子阱、摻鎂AlGaN層和摻鎂GaN層依次設在藍寶石襯底上。
2. 如權利要求1所述的一種氮化鎵基發光二極管外延片結構，其特征在于未摻雜的GaN 緩沖層的厚度為10 40nm，第l摻硅GaN層的厚度為2 3pm，介質層的厚度為100 200nm， 第2摻硅GaN層的厚度為2 3nm， 3 5個周期的InGaN/GaN多量子阱的每個周期的厚度 為3 5nm，摻鎂AlGaN層的厚度為0.1 0.2pm，慘鎂GaN層的厚度為0.2 0.3pm。
3. 如權利要求1或2所述的一種氮化鎵基發光二極管外延片結構，其特征在于介質層為 Si02層或SiN層。
4. 如權利要求1所述的氮化鎵基發光二極管外延片結構的制備方法，其特征在于具體步 驟如下1) 將(0001)面的藍寶石襯底裝入反應室，在H2氣氛下加熱至1050 1200'C對襯底進 行熱處理10 20min;接著降溫在500 60(TC生長厚度10 40nm的GaN緩沖層；2) 在950 1100。C下在GaN緩沖層上生長0.5 2nm第1摻硅GaN層，降溫取出樣品；3) 在200 300。C下在樣品上用PE-CVD沉積法沉積100 200nm厚的Si02層或SiN層，分別沿第1摻硅GaN層的〈1100〉 <11—20>方向用傳統的光刻工藝刻出2 10pm寬的窗口 作為圖形襯底，得帶有圖形襯底的樣品；4) 樣品清洗后放入金屬有機化學氣相沉積(M0CVD)系統中進行外延生長首先在950 IIO(TC下生長一層2 3pm的第2摻硅GaN層，接著在N2氣氛下生長3 5個周期的 InGaN/GaN多量子阱，最后生長0.1 0.2pm厚的摻鎂AlGaN層和0.2 0.3pm厚的摻鎂GaN 層，整個外延生長完成后，將外延片在700 850'C的N2氣氛下退火10 20min，得氮化鎵基 發光二極管外延片。
5. 如權利要求4所述的氮化鎵基發光二極管外延片結構的制備方法，其特征在于Ga、 In、 Mg、 N、 Si源分別為三甲基鎵，三甲基銦，三甲基鋁，二茂鎂、NH3和硅烷。
6. 如權利要求4所述的氮化鎵基發光二極管外延片結構的制備方法，其特征在于生長 GaN緩沖層的壓力為500 600Torr，載氣流量為10 30L/min， TMGa流量為20 120nmol/min， NH3流量為80 120mol/min。
7. 如權利要求4所述的氮化鎵基發光二極管外延片結構的制備方法，其特征在于生長第 1摻硅GaN層和第2摻硅GaN層的壓力為100 300Torr，載氣流量為5 20L/min， TMGa 流量為80 400^unol/min， NFb流量為120 500mol/min， SitLt流量為0.2 2.0nmol/min。
8. 如權利要求4所述的氮化鎵基發光二極管外延片結構的制備方法，其特征在于生長 InGaN/GaN多量子阱的壓力為50 500Torr,載氣流量為5 20L/min, NH3流量為120 500mol/miiv阱層的厚度為2.0 5.0nm,阱層的生長溫度為700 900°C, TMGa流量為1.0 4.0^mol/min，TMIn流量為10 40pmol/min，壘層的厚度為5 20nm，壘層的生長溫度為700 卯(TC， TMGa流量為10 40^imol/min。
9. 如權利要求4所述的氮化鎵基發光二極管外延片結構的制備方法，其特征在于生長摻 鎂AIGaN層和摻鎂GaN層的壓力為76 200Torr，載氣流量為5 20L/min，生長溫度為1000 IIOO'C ， TMGa的流量為20 50^miol/minTMAl的流量為2.0 5.0pmol/min，NH3流量為120 500mol/min， Cp2Mg的流量為0.5 5.0Minol/min。
10. 如權利要求4所述的氮化鎵基發光二極管外延片結構的制備方法，其特征在于窗口 的圖形為條形，六邊形，菱形或者圓形，其中條形窗口的寬度為2 ^m，周期為8 20pm， 長度為1 3cm，六邊形窗口的外接圓的直徑為5 10nm，周期為10 20pm，菱形窗口的內 接圓的直徑為4 1(^m，周期為10 20pm，圓形窗口的直徑為5 10pm，周期為10 20nm。
全文摘要
一種氮化鎵基發光二極管外延片結構及其制備方法，涉及一種發光二極管。提供一種出光效率高、晶體質量好的氮化鎵基發光二極管外延片結構及其制備方法。設有襯底、GaN緩沖層、第1摻硅GaN層、介質層、第2摻硅GaN層，InGaN/GaN多量子阱、摻鎂AlGaN層和摻鎂GaN層，并從下至上設于襯底上。將(0001)面的藍寶石襯底裝入反應室，在H₂氣氛下熱處理；降溫生長GaN緩沖層；在GaN緩沖層上生長第1摻硅GaN層，降溫取出樣
文檔編號H01L33/00GK101183697SQ20071000995
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月10日 優先權日2007年12月10日
發明者劉寶林, 張保平, 朱麗虹 申請人:廈門大學