[发明专利]一种提高氮化镓基发光二极管发光效率的沟道层技术生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及Ⅲ族氮化物材料制备技术领域，具体为一种提高氮化镓基发光二极管发光效率的沟道层技术生长方法。

背景技术

发光二极管（LED，Light Emitting Diode）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后，注入PN结中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出各种颜色的光。

以氮化镓为代表的Ⅲ族氮化物是直接带隙的宽禁带半导体材料，具有电子飘移饱和速度高，热导率好、强化学键、耐高温以及抗腐蚀等优良性能。其三元合金铟镓氮（InGaN）带隙从0.7eV氮化铟（InN）到3.4eV氮化镓（GaN）连续可调，发光波长覆盖了可见光和近紫外光的整个区域。以InGaN/GaN多量子阱为有源层的发光二极管具有高效、环保、节能、寿命长等显著特点，被认为是最有潜力进入普通照明领域的一种新型固态冷光源。

GaN材料绝大多数是以蓝宝石为衬底进行外延生长，这样由于蓝宝石与GaN基材料之间存在较大的晶格失配度和较大的热膨胀系数差异，因此外延生长过程中外延层内存在高密度的缺陷。另外，常规的GaN基LED芯片的P型电极和n型电极是位于同一侧的，芯片发光时存在电流密度分布不均匀性，发光区域分布不均匀性等一系列问题出现。上述因素还会导致常规GaN基LED芯片的抗静电能力差，静电放电会造成LED器件突发性失效或潜在性失效。因此，优化GaN及LED外延层结构，提高电流密度均匀性、发光区域分布均匀性、抗静电能力就尤为重要。

传统LED外延结构中，虽然N-AlGaN层有所介绍，但是传统的N-AlGaN都集中在N-GaN层附近插入的N-AlGaN单层，在N-GaN层插入的单层N-AlGaN层已经远远不能满足现行的中大功率LED芯片要求，导致芯片的抗静电能力差，电流密度分布不均匀、发光区域分布不均匀。特别是最近在国内少数单位开始兴起的逐渐向大尺寸（4英寸外延技术）外延技术发展，外延的尺寸越大，其在外延过程中外延片的电性均匀性受到很大影响，从传统的结构已经不能满足大尺寸外延抗静电能力、发光区域分布等要求。

鉴于此，有必要提供一种能够克服上述缺点的新型具有沟道层的技术及外延生长方法。

发明内容

    本发明所解决的技术问题在于提供一种提高氮化镓基发光二极管发光效率的沟道层技术生长方法，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种提高氮化镓基发光二极管发光效率的沟道层技术生长方法，其LED外延结构，从下向上的顺序依次包括：衬底、低温GaN缓冲层、GaN非掺杂层、沟道层A、N型GaN层、沟道层B、多量子阱有源层、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层，其LED外延结构的生长方法，包括以下具体步骤：

步骤一，将衬底在1000-1200℃氢气气氛里进行高温清洁处理5-20min，然后进行氮化处理；

步骤二，将温度下降到500-650℃之间，生长厚度为20-30nm的低温GaN缓冲层2，生长压力控制在300-760Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为500-3200；

步骤三，所述低温GaN缓冲层生长结束后，停止通入三甲基镓（TMGa），衬底温度升高至900-1200℃之间，对所述低温GaN缓冲层2进行原位热退火处理，退火时间在5-30min，退火之后，将温度调节至1000-1200℃之间，外延生长厚度为0.5-2μm的GaN非掺杂层，生长压力在100-500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300-3000；

步骤四，所述低温GaN非掺杂层生长结束后，将温度调节至900-1100℃之间，通入三甲基镓（TMGa）并同时通入三甲基铝（TMAl）生长沟道层A，Al_xGa_1-xN (0<x<1) 沟道层A中Al的摩尔组分含量控制在5%-30%之间；

步骤五，所述沟道层A生长结束后，生长一层掺杂浓度稳定的N型GaN层，厚度为1.2-4.2μm，生长温度在1000-1200℃之间，压力在100-600Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300-3000；