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LED外延生長方法與流程

文檔序號:12788218閱讀:1887來源:國知局
LED外延生長方法與流程

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù),尤其涉及一種發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)外延生長方法。



背景技術(shù):

量子阱發(fā)光層作為LED外延片的關(guān)鍵技術(shù)層,決定LED的一些光電參數(shù)以及LED的最終亮度。

傳統(tǒng)LED外延生產(chǎn)方法中,如圖1所示,其中量子阱發(fā)光層的結(jié)構(gòu)是銦氮化鎵(InGaN)作為阱層,氮化鎵(GaN)作為壘層,其中,在生長溫度750-780℃下,InGaN層的厚度為3-4nm,在生長溫度850-880℃下,GaN層的厚度為5-9nm,且生長階段保持恒溫。然而,這種方法在生產(chǎn)阱層時會產(chǎn)生大量位錯,影響LED的發(fā)光效率。通常采用增大壘層的厚度來減少位錯的影響,但仍會使得LED的發(fā)光效率降低。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明提供一種LED外延生長方法,以克服現(xiàn)有的LED外延生產(chǎn)方法中由于采用增大壘層的厚度來減少位錯的影響,仍會帶來LED的發(fā)光效率降低的問題。

本發(fā)明提供一種LED外延生長方法,包括:從下往上依次生長襯底、緩沖層、非摻雜的GaN層、N型摻雜的GaN層;

在所述N型摻雜的GaN層之上生長量子阱發(fā)光層,其中所述量子阱發(fā)光層的能級發(fā)生漸變,所述量子阱發(fā)光層從下往上依次包括InGaN層、銦組分遞減的InxGa1-xN層、第一GaN層、第二GaN層;

其中,所述第一GaN層是在第一溫度下以橫向生長方式形成的,所述第二GaN層是在第二溫度下以橫向生長方式形成的,所述第一溫度低于所述第二溫度,所述第一GaN層的厚度小于第二GaN層的厚度;

在所述量子阱發(fā)光層之上從下往上依次生長P型摻雜的GaN層、P型金屬接觸層。

可選地,在生產(chǎn)溫度為760-790℃下,所述InGaN層的厚度為3nm-5nm。

可選地,在生產(chǎn)溫度為760-790℃下,所述銦組分遞減的InxGa1-xN層的厚度為1nm-4nm,其中0.05<x<0.2。

可選地,在生產(chǎn)溫度為780-820℃下,所述第一GaN層的厚度為1nm-4nm。

可選地,在生產(chǎn)溫度為800-880℃下,所述第二GaN層的厚度為4nm-10nm。

可選地,所述InGaN層、所述銦組分遞減的InxGa1-xN層、所述第一GaN層、所述第二GaN層為一組,交替生長周期為7-15組。

本發(fā)明提供的LED外延生長方法,通過在量子阱發(fā)光層中的InGaN層上生長銦組分遞減的InxGa1-xN層、第一GaN層,不僅起到能級的漸變作用,且使得晶格誤差造成的位錯影響明顯降低,還用一層保護薄膜將位錯完全阻隔,有效提高了量子阱發(fā)光層的發(fā)光效率,提升了LED芯片的電學(xué)性能。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的LED外延生長方法的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖2為本發(fā)明提供的LED外延生長方法的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖3為本發(fā)明提供的LED外延生長方法的流程圖;

圖4為本發(fā)明提供的LED外延生長方法的量子阱發(fā)光層的能級示意圖;

圖5為本發(fā)明提供的LED外延生長方法的量子阱發(fā)光層的生長溫度與厚度示意圖。

具體實施方式

圖2為本發(fā)明提供的LED外延生長方法的結(jié)構(gòu)示意圖,圖3為本發(fā)明提供的LED外延生長方法的流程圖,圖4為本發(fā)明提供的LED外延生長方法的量子阱發(fā)光層的能級示意圖,如圖3所示,本實施例的LED外延生長方法包括:

步驟101、從下往上依次生長襯底、緩沖層、非摻雜的GaN層、N型摻雜的GaN層。

步驟102、在N型摻雜的GaN層之上生長量子阱發(fā)光層,其中量子阱發(fā)光層的能級發(fā)生漸變,量子阱發(fā)光層從下往上依次包括InGaN層、銦組分遞減的InxGa1-xN層、第一GaN層、第二GaN層;

其中,第一GaN層是在第一溫度下以橫向生長方式形成的,第二GaN層是在第二溫度下以橫向生長方式形成的,第一溫度低于第二溫度,第一GaN層的厚度小于第二GaN層的厚度。

步驟103、在量子阱發(fā)光層之上從下往上依次生長P型摻雜的GaN層、P型金屬接觸層。

具體地,如圖1和圖2所示,在步驟101中的襯底、緩沖層、非摻雜的GaN層、N型摻雜的GaN層,以及在步驟103中的P型摻雜的GaN層、P型金屬接觸層與現(xiàn)有技術(shù)采用的方法相同,此處不再贅述。

在步驟102中,本實施中的量子阱發(fā)光層包括InGaN層、銦組分遞減的InxGa1-xN層、第一GaN層、第二GaN層。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解,由于鎵組分和銦組分的改變,使得量子阱發(fā)光層的能級發(fā)生改變。一般地,鎵組分摩爾比的升高,會使得量子阱發(fā)光層的能級升高;銦組分摩爾比的升高,會使得量子阱發(fā)光層的能級降低。本實施例中量子阱發(fā)光層的能級示意圖,如圖4所示,其中,橫坐標為量子阱發(fā)光層中的各層,縱坐標為各層的能級。

具體地,在N型摻雜的GaN層上生長InGaN層,可看出銦組分的摩爾比增高,鎵組分的摩爾比降低,使得量子阱發(fā)光層的能級下降,能級形狀發(fā)生改變。

其次,銦組分遞減的InxGa1-xN層中銦組分的摩爾比從0.2降低到0.05,進而鎵組分的摩爾比從0.8升高到0.95,由于銦組分的摩爾比逐漸降低,鎵組分的摩爾比逐漸升高,使得量子阱發(fā)光層的能級逐漸升高。

最后,在銦組分遞減的InxGa1-xN層生長第一GaN層和第二GaN層,可看出銦組分的摩爾比下降為0,鎵組分的摩爾比升高,使得量子阱發(fā)光層的能級升高。

這樣,本實施例中量子阱發(fā)光層中InxGa1-xN層由于銦組分遞減,使得能級形狀發(fā)送變化,增加電子與空穴的疊加重合區(qū)域,從而提高LED的發(fā)光效率。

進一步地,由于晶格之間有差距,晶格不匹配就會造成位錯,位錯會對本征電壓產(chǎn)生影響,進而會影響量子阱發(fā)光層的發(fā)光效果。因此,本實施例設(shè)置量子阱發(fā)光層中的InxGa1-xN層的銦組分為緩慢遞減的,便能夠逐步降低晶格差距造成位錯的影響,再用一層第一GaN層保護薄膜將位錯完全阻斷。

具體地,由于第一GaN層是在第一溫度下以橫向生長方式形成的,第二GaN層是在第二溫度下以橫向生長方式形成的,第一溫度低于第二溫度,還使得第一GaN層能夠更好的附著銦組分遞減的InxGa1-xN層上,形成一層低溫的保護薄膜,防止銦組分遇高溫而蒸發(fā),有效地降低InGaN層產(chǎn)生的位錯密度影響,提高量子阱發(fā)光層的發(fā)光效率。

本實施例提供的LED外延生長方法,通過在量子阱發(fā)光層中的InGaN層上生長銦組分遞減的InxGa1-xN層、第一GaN層,不僅起到能級的漸變作用,且使得晶格誤差造成的位錯影響明顯降低,還用一層保護薄膜將位錯完全阻隔,有效提高了量子阱發(fā)光層的發(fā)光效率,提升了LED芯片的電學(xué)性能。

在上述實施例的基礎(chǔ)上,對本實施例LED外延生長方法的步驟102中量子阱發(fā)光層包括的各層的具體參數(shù)進行詳細的說明。

可選地,在生產(chǎn)溫度為760-790℃下,InGaN層的厚度為3nm-5nm。

可選地,在生產(chǎn)溫度為760-790℃下,銦組分遞減的InxGa1-xN層的厚度為1nm-4nm,其中0.05<x<0.2。

可選地,在生產(chǎn)溫度為780-820℃下,第一GaN層的厚度為1nm-4nm。

可選地,在生產(chǎn)溫度為800-880℃下,第二GaN層的厚度為4nm-10nm。

可選地,InGaN層、銦組分遞減的InxGa1-xN層、第一GaN層、第二GaN層為一組,交替生長周期為7-15組。

此處需要說明的是,本實施例LED外延生長方法中無論生長哪個層,該層的生長階段皆為恒溫生長。

圖5為本發(fā)明提供的LED外延生長方法的量子阱發(fā)光層的生長溫度與厚度示意圖,其中,橫坐標為各層的生長厚度,縱坐標為各層的生長溫度。在一個具體的實施例中,如圖5所示,對本實施例LED的外延生長方法進行詳細的說明,該方法的具體步驟包括:

1、將藍寶石(Patterned Sapphire Substrate,PSS)襯底放入反應(yīng)室中,N2:H2:NH3的流量比例為(0:120:0)升/分鐘(Standard Liter per Minute,SLM),反應(yīng)室壓力為500托(Torr),將溫度升高到1080℃,穩(wěn)定200秒,對襯底進行高溫凈化。

2、降低溫度至540℃,N2:H2:NH3的流量比例為(75:150:56)SLM,反應(yīng)室壓力控制在500Torr,生長20nm厚度的低溫GaN緩沖層。

3、將溫度升高到1080℃,N2:H2:NH3的流量比例為(75:150:56)SLM,反應(yīng)室壓力控制在200Torr,生長800nm厚度的高溫非摻雜GaN層(U-GaN)。

4、將溫度保持在1050℃,N2:H2:NH3的流量比例為(64:120:50)SLM,反應(yīng)室壓力控制在200Torr,生長1000nm厚度的N型GaN層(N-GaN)。

5、將溫度控制在760℃,N2:H2:NH3的流量比例為(72:0:40)SLM,反應(yīng)室壓力控制在350Torr,生長量子阱IN0.2GA0.8N,厚度為3nm,在穩(wěn)定各源流量的同時,將溫度提升,由760℃提升到780℃,生長In組分漸變的InXGa1-XN,且0.05<x<0.2,銦組分的摩爾比從0.2降低到0.05,鎵組分的摩爾比從0.8升高到0.095,且將溫度穩(wěn)定在780℃,反應(yīng)腔壓力降低到100torr,生長一層厚度為2nm的第一GaN層,在將溫度提升到860℃,其它條件保持不變,生長厚度為5nm的第二GaN層。

6、將步驟5重復(fù)12次,即量子阱發(fā)光層共生長12個循環(huán)。

7、將溫度升高到950℃,N2:H2:NH3的流量比例為(64:120:50)SLM,反應(yīng)室壓力控制在200Torr,生長厚度為500nm的P型摻雜的GaN層(P-GaN)。

8、將溫度升高到740℃,N2:H2:NH3的流量比例為(64:120:50)SLM,反應(yīng)室壓力控制在200Torr,生長厚度為15nm的P型金屬接觸層。

最后應(yīng)說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改,或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換;而這些修改或者替換,并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。

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