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1、10申请公布号CN101937954A43申请公布日20110105CN101937954ACN101937954A21申请号201010216451022申请日20100705H01L33/12201001C23C16/4420060171申请人扬州中科半导体照明有限公司地址225009江苏省扬州市邗江中路119号72发明人闫发旺宋雪云74专利代理机构扬州市锦江专利事务所32106代理人江平54发明名称提高氮化镓基发光二极管内量子效率的外延生长方法57摘要提高氮化镓基发光二极管内量子效率的外延生长方法，属于半导体技术领域，在生长氮化镓基蓝光/绿光发光二极管有源区的铟镓氮量子阱层期间，使氨气和。
2、族金属有机源材料镓和铟交替脉冲地输入生长反应室。在设定的持续时间、间隔和脉冲周期下，该调制生长过程会形成高发光效率的铟镓氮量子阱发光层。该方法可减弱铟镓氮/氮化镓量子阱的内建电场，提高量子局域化效应，增强辐射复合几率，增加发光的内量子效率，从而提高发光二极管的发光效率和亮度。该方法适用于高亮度、高发光效率的氮化基蓝光/绿光发光二极管外延材料的金属有机化学气相沉积MOCVD外延生长。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页CN101937955A1/1页21提高氮化镓基发光二极管内量子效率的外延生长方法，其特征在于包括如下步骤1在蓝宝石衬底上。
3、依次生长低温氮化镓缓冲层、氮化镓成核层、N型氮化镓层；2在生长铟镓氮量子阱层期间，在氮化镓基蓝光/绿光发光二极管有源区的铟镓氮量子阱层生长温度环境下，于N2或H2保护下，使NH3和族金属有机源材料镓和铟交替地脉冲输入生长反应室，形成铟镓氮量子阱层；所述反应室压强为300TORR；3在铟镓氮量子阱层上再生长氮化镓量子势垒层；4循环重复以上步骤2和3至少两次；5最后生长P型氮化镓层。2根据权利要求1所述提高氮化镓基发光二极管内量子效率的外延生长方法，其特征在于所述氨气和族金属有机源材料镓和铟的通入持续时间和间隔时间分别为1200秒，脉冲周期为1100周期。3根据权利要求1或2所述提高氮化镓基发光二。
4、极管内量子效率的外延生长方法，其特征在于所述族金属有机源材料镓和铟为三甲基镓和三甲基铟。4根据权利要求3所述提高氮化镓基发光二极管内量子效率的外延生长方法，其特征在于所述NH3、三甲基镓和三甲基铟的流量分别为30标准升/分钟、260微摩尔/分钟和300微摩尔/分钟。权利要求书CN101937954ACN101937955A1/3页3提高氮化镓基发光二极管内量子效率的外延生长方法技术领域0001本发明属于半导体技术领域，特别是指一种提高氮化镓基蓝光/绿光发光二极管内量子效率的外延生长方法。背景技术0002氮化镓GAN是第三代直接能隙宽禁带半导体，其禁带宽度为339EV。GAN基绿、蓝发光二极管L。
5、EDS器件具有高亮度、低能耗、长寿命、响应速度快等优点，在全色显示、信号指示、景观照明等领域都有广泛的应用。特别是以GAN基蓝光LED混合荧光粉后制作的白光LEDS研发进展迅速，白光LEDS的发光波长只在可见光区，避免了白炽灯强烈的红外辐射，可以大量节约能源。同时白光LEDS体积小、寿命长、安全、高效、不存在汞等有害物质，被称为新一代绿色环保型照明光源，使其有望取代传统的白炽灯和荧光灯，带来人类照明光源的革命。0003目前GAN基绿、蓝发光二极管材料通常异质外延生长在蓝宝石衬底上。因为氮化物和蓝宝石衬底衬底间通常存在很大的晶格常数失配和热膨胀系数差异，所以利用金属有机物化学气相淀积MOCVD外。
6、延技术生长的氮化物外延层中存在很多晶体缺陷如位错等，材料的晶体质量因此受到很大影响。特别的由于晶格不匹配导致应力引起的极化效应使得量子阱内存在很大的电场，导致电子和空穴波函数空间上的分离，使辐射复合效率下降，发光的内量子效率和亮度低下。量子阱有源层一般由几个周期INGAN/GAN量子阱组成。阱层厚度一般为23NM，垒层厚度为620NM。发光波长由IN组分决定，阱层厚度也有影响。0004为了提高发光二极管的亮度和发光效率，高内量子效率的有源区的生长设计是很重要的。内建电场的减弱，量子限制作用的增强将使辐射复合几率增加，发光内量子效率大大提高。同时，IN组分载流子的局域化增强也会避免非辐射复合，提。
7、升发光二极管的内量子效率。0005因此，为了提高GAN基蓝光/绿光二极管的亮度，提高内量子效率，发展新的外延生长技术来生长量子阱有源区是十分必要的。发明内容0006本发明的目的是在于提供一种提高氮化镓基发光二极管内量子效率的外延生长方法。0007本发明包括如下步骤00081在蓝宝石衬底上依次生长低温氮化镓缓冲层、氮化镓成核层、N型氮化镓层；00092在生长铟镓氮量子阱层期间，在氮化镓基蓝光/绿光发光二极管有源区的铟镓氮量子阱层生长温度环境下，于N2或H2保护下，使NH3和族金属有机源材料镓和铟交替地脉冲输入生长反应室，形成铟镓氮量子阱层；所述反应室压强为300TORR；00103在铟镓氮量子阱。
8、层上再生长氮化镓量子势垒层；00114循环重复以上步骤2和3至少两次；说明书CN101937954ACN101937955A2/3页400125最后生长P型氮化镓层。0013本发明可减弱铟镓氮/氮化镓量子阱的内建电场，提高量子局域化效应，增强辐射复合几率，增加发光的内量子效率，从而提高二极管的发光效率和亮度。该方法可用于高亮度、高发光效率的氮化镓基蓝光/绿光发光二极管外延材料的金属有机化学气相沉积MOCVD外延生长。0014本发明所述氨气和族金属有机源材料镓和铟的通入持续时间和间隔时间分别为1200秒，脉冲周期为1100周期。0015所述族金属有机源材料镓和铟为三甲基镓和三甲基铟。0016所述。
9、NH3、三甲基镓和三甲基铟的流量分别为30标准升/分钟、260微摩尔/分钟和300微摩尔/分钟。附图说明0017图1是本发明生长铟镓氮量子阱层的脉冲单元的结构示意图。具体实施方式0018本实施例所用的外延设备为德国AIXTRON公司生产的商用机，型号为THOMSASWAN31X2。0019所用V族源为氨气NH3，族金属有机源材料为三甲基镓TMGA和三甲基铟TMIN。0020载气为N2或H2。0021NH3、三甲基镓TMGA和三甲基铟TMIN的流量分别为30标准升/分钟SL/M，260微摩尔/分钟MOL/M和300微摩尔/分钟MOL/M。0022反应室压强为300TORR。0023操作步骤002。
10、4将2英寸的蓝宝石衬底上装入MOCVD生长设备后，依次经过高温烘烤，生长低温氮化镓缓冲层、氮化镓成核层、N型氮化镓层。0025接着生长铟镓氮/氮化镓发光有源区。首先将蓝宝石衬底的温度降到740，在流动的N2或H2气氛保护下，反应室压强为300TORR。在铟镓氮量子阱层的生长期间，氨气NH3和三甲基镓TMGA和三甲基铟TMIN的气流按图1所示交替脉冲通入生长反应室。图1示意了GA源、IN源和N源输入/关闭的脉冲时间序列。在一个脉冲单元，GA源、IN源和N源的交替通入时间和间隔为2S。脉冲周期为30。该过程会形成3NM左右厚度的高发光效率的铟镓氮量子阱发光层。0026接着再将衬底的温度升高到820生长20NM厚度的氮化镓势垒层，形成单量子阱结构。0027上述调制生长过程即高发光效率的铟镓氮量子阱发光层和氮化镓势垒层重复进行至少三次，可形成多量子阱结构，从而形成发光有源区。0028最后生长P型氮化镓层，即完成氮化镓基蓝光二极管结构材料的生长。0029该调制生长铟镓氮量子阱层方法能减弱铟镓氮/氮化镓量子阱的内建电场，提高铟镓氮量子阱的量子局域化效应，增强辐射复合几率，增加发光的内量子效率，从而提高发说明书CN101937954ACN101937955A3/3页5光二极管的发光效率和亮度。说明书CN101937954ACN101937955A1/1页6图1说明书附图CN101937954A。