[发明专利]一种高发光效率氮化镓基LED外延片的制备方法

权利要求书

1.一种氮化镓基LED外延片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将蓝宝石衬底在反应腔氢气氛围中进行衬底表面清洁，反应腔内温度为1060-1100℃，时间为5min-10min；

步骤二：将反应腔温度降低到520-550℃，然后在清洁好的蓝宝石衬底上生长低温GaN成核层，成核层厚度为20-40nm，生长压力为400-700Torr；

步骤三：将反应腔温度升高到950-1000℃，并稳定2min，进行GaN成核层的高温退火，此过程中通入NH₃气体以防止GaN成核层完全分解，然后通入金属有机源TMGa，在GaN成核层表面开始生长第一3D结构的GaN层，生长厚度为200-300nm，生长压力为400-700Torr，第一3D结构的GaN层中包括小的GaN岛和大的GaN岛；

步骤四：将反应腔温度升高到1030-1110℃，升温过程中通入NH₃气体以防止第一3D结构的GaN层分解，升温结束后关闭NH₃气体的通入，并只通入H₂气体对第一3D结构的GaN层进行处理5-10min，在此过程中H₂气体会对3D结构的GaN层进行刻蚀，第一3D结构的GaN层中小的GaN岛会被刻蚀掉，大的GaN岛则保留下来；

步骤五：将反应腔温度降低到950-1000℃，通入NH₃气体和金属有机源TMGa，在H₂气体处理后的3D结构的GaN层上继续生长第二3D结构的GaN层500-1000nm，生长压力为400-700Torr，得到扩大的3D结构GaN层；

步骤六：将反应腔温度升高到1050-1200℃，在扩大的3D结构的GaN层上迅速生长未掺杂的GaN，使得3D岛状结构迅速愈合，并最终形成内部空洞比较均匀而表面平坦的镂空结构的GaN粗糙层，生长厚度为1~2um，生长压力为50-300Torr；

步骤七：生长非故意掺杂的GaN层，厚度为1~2um，生长温度为1050-1200℃，生长压力为 50-300Torr；

步骤八：生长Si掺杂的GaN层，该层载流子浓度为 10¹⁸-10¹⁹cm^-3，厚度为1-3um，生长温度为1050-1200℃，生长压力为 50-300Torr；

步骤九：生长 3-6个周期的多量子阱有源层，其中垒层为GaN， 阱层为 InGaN，In组分以质量分数计为 10-30％，阱层厚度为 2-5nm，生长温度为 700-800℃，垒层厚度为 8-13nm，生长温度为 800-950℃，生长过程中压力为200-500Torr；

步骤十：生长20-50nm厚的P型AlGaN电子阻挡层，该层中Al组分以质量分数计为 10-20％，空穴浓度为 10¹⁷-10¹⁸cm^-3，生长温度为 850℃-1000℃，压力为50-300Torr；

步骤十一：生长Mg掺杂的GaN层，厚度为100-300nm，生长温度为850-1000℃，生长压力为100-500Torr，空穴浓度为10¹⁷-10¹⁸cm^-3；

步骤十二：外延生长结束后，将反应腔的温度降至 650-800℃， 在氮气氛围中进行退火处理5-15min，然后降至室温，结束生长，得到外延片；上述的小的GaN岛和大的GaN岛没有明确的尺寸定义，只是在刻蚀过程中尺寸小的GaN岛容易被刻蚀掉，因此被刻蚀掉的GaN岛为小的GaN岛，保留下来的GaN岛为大GaN岛。