[发明专利]一种提高氮化镓晶体质量的复合成核层的生长方法

权利要求书

1.一种提高氮化镓晶体质量的复合成核层的生长方法,其复合成核层外延结构从下向上的顺序依次包括：衬底、低温复合成核层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、多量子阱有源层、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层、P型接触层，其特征在于：其生长方法具体包括以下步骤：

（1）将衬底在1100-1200℃氢气气氛里进行高温清洁处理5-20min，然后进行氮化处理；

（2）衬底在高温的氢气环境下处理完成后，降温生长AlGaN/GaN/InGaN/AlGaN复合成核层，所述的复合成核层生长分为六步：[1]将温度下降到500-650℃，生长厚度为3-8nm，Al组分逐渐升高的AlGaN层，Al组分增加至30%，生长压力为400-600Torr，Ⅴ/Ⅲ比为200-2500；[2]Al组分逐渐升高的AlGaN层生长结束后，停止通入三甲基铝（TMAl），在其他生长条件不变的情况下生长一层非掺杂GaN层，厚度为3-8nm；[3]非掺杂GaN层生长结束后，停止通入TMGa，PN2环境下退火，退火温度为800-1000℃，退火时间为3-6min；[4]PN2环境下退火结束后，生长一层掺杂In的GaN层，生长温度为600-800℃，生长压力为400-600Torr，Ⅴ/Ⅲ比为200-3000；[5]InGaN层结束后，停止通入TMIn，生长温度降至500-650℃，生长一层Al组分逐渐降低的AlGaN层，Al组分由30%逐渐降至0，生长压力为400-600Torr，Ⅴ/Ⅲ比为200-2500；[6]Al组分逐渐降低的AlGaN层结束后，停止通入所有MO源，再在PN2环境下退火，退火温度为900-1100℃，退火时间为3-8min；

（3）低温复合成核层最后一步退火结束后，将温度调节至1000-1200℃，生长一层外延生长厚度为1-2μm的GaN非掺杂层，生长压力为100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为300-3500；

（4）GaN非掺杂层生长结束后，生长一层Si掺杂浓度稳定的N型GaN层，厚度为2-4μm，生长温度为950-1150℃，生长压力为300-500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为300-2500；

（5）N型GaN层生长结束后，生长浅阱层，浅阱包括5-20个依次交叠的量子阱结构，所述量子阱结构由InxGa1-xN(0<x<0.1)势阱层和GaN势垒层依次生长而成，所述InxGa1-xN势阱层的生长温度为750-850℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500-10000，厚度为1-3nm；所述GaN势垒层的生长温度为850-950℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500-10000，厚度为10-30nm；

（6）浅阱层生长结束后，生长多量子阱有源层，所述多量子阱有源层包括6-15个阱垒依次交叠的量子阱结构，所述量子阱结构由InyGa1-yN(0.2<x<0.5)势阱层和n型掺杂GaN势垒层依次生长而成。所述InyGa1-yN势阱层的生长温度为700-800℃，生长压力为100-500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为2000-20000，厚度为2-5nm；所述GaN势垒层的生长温度为850-950℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为2000-20000，厚度为5-15nm；

（7）所述多量子阱有源层生长结束后，生长厚度为50-150nm的低温P型GaN层，生长温度在650-800℃之间，生长时间为3-20min，压力在100-500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为500-3500；

（8）所述低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为50-150nm的P型AlGaN层，生长温度为900-1000℃之间，生长时间为2-10min，生长压力为50-300Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500-10000，P型AlGaN层中Al的摩尔组分含量为5%-20%；

（9）所述P型AlGaN层生长结束后，生长厚度为50-300nm的高温P型GaN层，生长温度为900-1000℃，生长时间为10-25min，生长压力为100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500-3500；

（10）所述高温P型GaN层生长结束后，生长厚度在5-10nm之间的P型接触层，生长温度为650-850℃之间，生长时间为0.5-5min，压力为100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为10000-20000；

（11）外延生长结束后，将反应室的温度降至600-900℃之间，在PN2气氛进行退火处理10-30min，而后逐渐降至室温，随后，经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后续加工工艺制成单颗小尺寸芯片。