一種led外延層生長方法及制得的led外延層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種LED外延層生長方法及制得的LED外延層，生長方法中的生長P型GaN層步驟為：在溫度930-950℃，壓力200-600mbar的反應(yīng)室內(nèi)，重復(fù)間隔性地通入A、B兩組原料，直至P型GaN層的厚度為100-300nm；A組原料為NH3、TMGa，生成1-5nm的GaN層；B組原料為NH3、TMGa、Cp2Mg，生成10-20nm的摻Mg的GaN層。本發(fā)明通過調(diào)整P型GaN層生長方式，將高溫P型摻Mg的GaN層設(shè)計(jì)為GaN/GaN：Mg層超晶格，改善空穴遷移時(shí)分布，使得器件工作電流得到疏散，通入發(fā)光層的電流更加均勻，降低器件的驅(qū)動(dòng)電壓以及提升發(fā)光效率。
【專利說明】—種LED外延層生長方法及制得的LED外延層
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及LED外延設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別地，涉及一種LED外延層生長方法及制得的LED外延層。
【背景技術(shù)】
[0002]以GaN為基礎(chǔ)的發(fā)光二極管(LED)作為一種高效、環(huán)保、綠色新型固態(tài)照明光源，具有低電壓、低功耗、體積小、重量輕、壽命長、高可靠性燈優(yōu)點(diǎn)，正在迅速被廣泛地應(yīng)用于交通信號(hào)燈、手機(jī)背光源、戶外全彩顯示屏、城市景觀照明、汽車內(nèi)外燈、隧道燈等。
[0003]因此，LED的各方面性能提升都被業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注。
[0004]目前，空穴在LED外延結(jié)構(gòu)的P層傳播時(shí)，其縱向運(yùn)動(dòng)會(huì)受到超晶格的GaN層的阻礙，使得器件偶爾出現(xiàn)不工作的現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種LED外延層生長方法及制得的LED外延層，以解決空穴在P層縱向運(yùn)動(dòng)受到阻礙的技術(shù)問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種LED外延層生長方法，依次包括處理襯底、生長低溫緩沖GaN層、生長非摻雜GaN層、生長摻Si的GaN層、生長有緣層MQW、生長P型AlGaN層、生長P型GaN層步驟，所述生長P型GaN層步驟為:
[0007]在溫度為930_950°C，反應(yīng)腔壓力在200_600mbar的反應(yīng)室內(nèi)，重復(fù)間隔性地通入A、B兩組原料，直至P型GaN層的厚度為100-300nm ；
[0008]其中，A組原料為50000-60000sccm的NH3、20_40sccm的TMGa源，生成厚度為l-5nm 的 GaN 層；B 組原料為 50000-60000sccm 的 NH3、20_40sccm 的 TMGa、1500-2500sccm 的Cp2Mg源，生成厚度為10_20nm的摻Mg的GaN層，Mg的摻雜濃度為lE+19_lE+20atom/cm3。
[0009]優(yōu)選的，先通入A組原料，再通入B組原料。
[0010]優(yōu)選的,先通入B組原料,再通入A組原料。
[0011]優(yōu)選的，所述生長摻Si的GaN層步驟為:
[0012]持續(xù)生長厚度為2_4um的N型摻Si的GaN層，Si的摻雜濃度為5E18_lE19atom/
3
cm ο
[0013]優(yōu)選的，所述生長有緣層MQW步驟為:
[0014]在溫度7OO-75OO，壓力 300_400mbar 的反應(yīng)室內(nèi)，通入 I5OO-17OOsccm 的 TMIn 和20-30sccm 的 TMGa 生長摻雜 In 的厚度為 3_4nm 的 InxGa(1_x)N 層，其中 x = 0.15-0.25 ；
[0015]溫度為800-850°C，生長厚度為10_15nm的GaN層，InxGa(1_x)N/GaN層的周期數(shù)為10-15 ；In 的摻雜濃度為 lE20-3E20atom/cm3。
[0016]本發(fā)明還公開了根據(jù)上述的LED外延層生長方法制得的LED外延層，包括厚度為100-300nm的P型GaN層，所述P型GaN層包括若干個(gè)雙層單元，每個(gè)雙層單元包括:
[0017]GaN 層:厚度為 l_5nm ；[0018]摻Mg 的 GaN 層:厚度為 10_20nm。
[0019]優(yōu)選的,在所述雙層單元中，所述GaN層在所述摻Mg的GaN層之上,或者,所述GaN層在所述摻Mg的GaN層之下。
[0020]優(yōu)選的，在非摻雜GaN層和有緣層MQW之間，包括摻Si的GaN層，厚度為2_4um。
[0021]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]本發(fā)明通過對(duì)P型GaN層生長方式的調(diào)整，將原本恒定摻雜的高溫P型摻Mg的GaN層設(shè)計(jì)為GaN/GaN:Mg層超晶格，并將超晶格內(nèi)含的GaN材料的厚度設(shè)計(jì)為l_5nm。不但增加超晶格內(nèi)部的空穴濃度，增加界面的空穴的橫向擴(kuò)展，又能使得空穴縱向遷移率沒有受到明顯的限制，整體的效果是改善空穴遷移時(shí)分布，使得器件工作時(shí)擁擠的電流得到疏散，通入發(fā)光層的電流更加均勻，一方面可以顯著降低器件的驅(qū)動(dòng)電壓，一方面可以提升器件的發(fā)光效率。
[0023]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0025]圖1是本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是樣品I與樣品2的亮度對(duì)比圖；
[0028]圖4是樣品I與樣品2的電壓對(duì)比圖；
[0029]其中，1、襯底，2、低溫緩沖GaN層，3、非摻雜GaN層，4、摻Si的GaN層，5、有緣層MQff, 6, P 型 AlGaN 層，7、P 型 GaN 層，8、GaN 層，9、摻 Mg 的 GaN 層。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0031]以下分別說明采用以現(xiàn)有傳統(tǒng)方法制備樣品I的對(duì)比實(shí)施例一，和采用本發(fā)明生長方法制備樣品2的實(shí)施例一，再將兩種方法得到樣品I和樣品2進(jìn)行性能檢測比較。
[0032]對(duì)比實(shí)施例一、
[0033]參見圖1，本發(fā)明運(yùn)用MOCVD來生長高亮度GaN基LED外延片。采用高純H2或高純N2或高純H2和高純N2的混合氣體作為載氣，高純NH3作為N源，金屬有機(jī)源三甲基鎵(TMGa)作為鎵源，三甲基銦(TMIn)作為銦源，N型摻雜劑為硅烷(SiH4)，三甲基鋁(TMAl)作為鋁源，P型摻雜劑為二茂鎂(CP2Mg)，襯底為(0001)面藍(lán)寶石，反應(yīng)壓力在IOOmbar到
8O Ombar 之間。
[0034]1、在1000-1200°C，反應(yīng)腔壓力維持在75_150mbar的氫氣氣氛下高溫處理藍(lán)寶石襯底5-10分鐘；
[0035]2、降溫至550_650°C下，反應(yīng)腔壓力維持在400-600mbar，在藍(lán)寶石襯底上生長厚度為20-50nm的低溫緩沖層GaN ；[0036]3、升高溫度到1000-1200°C下，反應(yīng)腔壓力維持在150_300mbar，持續(xù)生長2_4 μ m的不摻雜GaN ；
[0037]4、然后持續(xù)生長摻雜Si的N型GaN，Si摻雜濃度5E+18-lE+19atom/cm3，總厚度控制在2-4 μ m ;
[0038]5、周期性生長有緣層MQW，反應(yīng)腔壓力維持在300-400mbar，低溫700-750°C生長摻雜 In 的 3-4nmInxGa(1_x)N(x = 0.15-0.25)層，In 摻雜濃度 lE+20-3E+20atom/cm3，高溫800-850°C生長 10-15nmGaN 層，InxGa(1_x)N/GaN 周期數(shù)為 10-15 ；
[0039]6、再升高溫度到900-1000°C，反應(yīng)腔壓力維持在200-400mbar，持續(xù)生長20_50nm的 P 型 AlGaN 層，Al 摻雜濃度 lE+20-3E+20atom/cm3，Mg 摻雜濃度 5E+18_lE+19atom/cm3 ；
[0040]7、再升高溫度到930-950 °C，反應(yīng)腔壓力維持在200-600mbar，持續(xù)生長100-300nm 的摻鎂的 P 型 GaN 層，Mg 摻雜濃度 lE+19-lE+20atom/cm3 ；
[0041]8、最后降溫至700-800°C，保溫20_30min，接著爐內(nèi)冷卻。
[0042]實(shí)施例一、
[0043]參見圖2，本發(fā)明運(yùn)用MOCVD來生長高亮度GaN基LED外延片。采用高純H2或高純N2或高純H2和高純N2的混合氣體作為載氣，高純NH3作為N源，金屬有機(jī)源三甲基鎵(TMGa)作為鎵源，三甲基銦(TMIn)作為銦源，N型摻雜劑為硅烷(SiH4)，三甲基鋁(TMAl)作為鋁源，P型摻雜劑為二茂鎂(CP2Mg)，襯底為(0001)面藍(lán)寶石，反應(yīng)壓力在IOOmbar到800mbar之間。
[0044]一種LED外延層生長方法，依次包括處理襯底、生長低溫緩沖GaN層、生長非摻雜GaN層、生長摻Si的GaN層、生長有緣層MQW、生長P型AlGaN層、生長P型GaN層步驟，其操作方式為:
[0045]1、在1000-1200°C，反應(yīng)腔壓力維持在75_150mbar的氫氣氣氛下高溫處理藍(lán)寶石襯底5-10分鐘；
[0046]2、降溫至550_650°C下，反應(yīng)腔壓力維持在400-600mbar，在藍(lán)寶石襯底上生長厚度為20-50nm的低溫緩沖層GaN ；
[0047]3、升高溫度到1000-1200°C下，反應(yīng)腔壓力維持在150_300mbar，持續(xù)生長2-4 μ m的不摻雜GaN ；
[0048]4、然后持續(xù)生長摻雜Si的N型GaN，Si摻雜濃度5E+18-lE+19atom/cm3，總厚度控制在2-4 μ m ;
[0049]5、周期性生長有緣層MQW，反應(yīng)腔壓力維持在300-400mbar，通入1500-1700sccm的 TMIn 和 20-30sccm 的 TMGa,低溫 700-750 °C 生長摻雜 In 的 3-4nmInxGa(l_x)N(x =
0.15-0.25)層，In 摻雜濃度 lE+20-3E+20atom/cm3,高溫 800_850°C生長 10_15nmGaN 層，InxGa (1-x) N/GaN 周期數(shù)為 10-15 ；
[0050]6、再升高溫度到900-1000°C，反應(yīng)腔壓力維持在200-400mbar，持續(xù)生長20_50nm的 P 型 AlGaN 層，Al 摻雜濃度 lE+20-3E+20atom/cm3，Mg 摻雜濃度 5E+18_lE+19atom/cm3 ；
[0051]7、再升高溫度到930-950 °C，反應(yīng)腔壓力維持在200-600mbar，(I)通入50000-60000sccm 的 NH3、20_40sccmTMGa 源以及載氣生長 l_5nm 的 GaN ； (2)接著通入50000-60000sccm 的 NH3、20_40sccm 的 TMGa、1500_2500sccm 的 Cp2Mg 源以及載氣生長10-20nm的GaN =Mg層，Mg的摻雜濃度lE+19_lE+20atom/cm3 ;接著以(I)、(2)為基礎(chǔ)交替時(shí)長，高溫P層控制在100-300nm ；
[0052]其中，(I)⑵步驟的先后順序可以調(diào)換。也即是，GaN層可以在摻Mg的GaN層之上，GaN層也可以在摻Mg的GaN層之下。
[0053]8、最后降溫至700-800°C，保溫20_30min，接著爐內(nèi)冷卻。
[0054]然后，采用對(duì)比實(shí)施例一描述的方法制備樣品1，采用實(shí)施例一描述的方法制備樣品2 ;樣品I和樣品2不同點(diǎn)在于高溫P層參數(shù)不同，生長其它外延層生長條件完全一樣。生長條件請(qǐng)參考表1。
[0055]表1生長參數(shù)的對(duì)比
【權(quán)利要求】
1.一種LED外延層生長方法，依次包括處理襯底、生長低溫緩沖GaN層、生長非摻雜GaN層、生長摻Si的GaN層、生長有緣層MQW、生長P型AlGaN層、生長P型GaN層步驟，其特征在于， 所述生長P型GaN層步驟為: 在溫度為930-950°C，反應(yīng)腔壓力在200-600mbar的反應(yīng)室內(nèi)，重復(fù)間隔性地通入A、B兩組原料，直至P型GaN層的厚度為100-300nm ； 其中,A組原料為50000-60000sccm的NH3、20_40sccm的TMGa源，生成厚度為l_5nm的GaN 層；B 組原料為 50000-60000sccm 的 NH3、20_40sccm 的 TMGa、1500_2500sccm 的 Cp2Mg源，生成厚度為10_20nm的摻Mg的GaN層，Mg的摻雜濃度為lE+19_lE+20atom/cm3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED外延層生長方法，其特征在于，先通入A組原料，再通入B組原料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED外延層生長方法，其特征在于，先通入B組原料，再通入A組原料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED外延層生長方法，其特征在于，所述生長摻Si的GaN層步驟為: 持續(xù)生長厚度為2-4um的N型摻Si的GaN層，Si的摻雜濃度為5E18-lE19atom/cm3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED外延層生長方法，其特征在于，所述生長有緣層MQW步驟為: 在溫度700-750 °C，壓力300-400mbar的反應(yīng)室內(nèi)，通入1500_1700sccm的TMIn和20-30sccm 的 TMGa 生長摻雜 In 的厚度為 3_4nm 的 InxGa(1_x)N 層，其中 x = 0.15-0.25 ； 溫度為800-850°C，生長厚度為10-15nm的GaN層，InxGa(1_x)N/GaN層的周期數(shù)為10-15 ；In 的摻雜濃度為 lE20-3E20atom/cm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的LED外延層生長方法制得的LED外延層，其特征在于，包括厚度為100-300nm的P型GaN層，所述P型GaN層包括若干個(gè)雙層單元，每個(gè)雙層單元包括: GaN層:厚度為l-5nm ； 摻Mg的GaN層:厚度為10-20nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED外延層，其特征在于，在所述雙層單元中，所述GaN層在所述摻Mg的GaN層之上，或者，所述GaN層在所述摻Mg的GaN層之下。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED外延層，其特征在于，在非摻雜GaN層和有緣層MQW之間，包括摻Si的GaN層，厚度為2-4um。
【文檔編號(hào)】H01L33/14GK103956413SQ201410165337
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】張宇, 林傳強(qiáng), 農(nóng)民濤, 周佐華 申請(qǐng)人:湘能華磊光電股份有限公司