一種led外延生長方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及LED外延設(shè)計應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種提高亮度及反向電壓、減小漏電的LED外延生長方法。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN(氮化鎵)作為直接帶隙半導(dǎo)體材料，被廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管器件。目前，使用兩步生長法在圖形化藍寶石襯底(patterned sapphire substrates, PSS)生長GaN材料是制備高性能LED器件的主流技術(shù)。緩沖層(buffer layer)可在一定程度上減少晶格失配和熱失配引起的位錯，但在阻止線位錯向外延層延伸方面有一定局限。
[0003]氮化鎵基材料，包括InGaN、GaN和AlGaN合金，為直接帶隙半導(dǎo)體，其帶隙為從
0.7eV?6.2eV連續(xù)可調(diào)，具有寬直接帶隙、強化學鍵、耐高溫、抗腐蝕等優(yōu)良性能，是生產(chǎn)短波長高亮度發(fā)光器件、紫外光探測器和高溫高頻微電子器件的理想材料，已被廣泛應(yīng)用于全彩大屏幕顯示器、IXD背光源、信號燈或照明等領(lǐng)域。
[0004]目前國內(nèi)GaN基LED材料生長，在傳統(tǒng)LED外延結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上產(chǎn)生了許多新結(jié)構(gòu)，都極大的提高了 LED的各項品質(zhì)。P型GaN層結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞直接影響到LED芯片的亮度、電壓、漏電、抗靜電能力等品質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本申請所要解決的技術(shù)問題是提供了一種LED外延生長方法，其能夠有效減少漏電通道，增強阻擋電子的能力，提高反向電壓，減小漏電，還能夠提升輻射復(fù)合效率，使得亮度得到提高。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本申請有如下技術(shù)方案:
[0007]一種LED外延生長方法，依次包括:處理襯底、生長低溫緩沖層GaN、生長不摻雜GaN層、生長摻雜Si的N型GaN層、生長摻雜In的InxGau x)N/GaN層、生長P型AlyGa(1 y)N-1nxGa{1 x)N超晶格層、生長摻雜Mg的P型GaN層，降溫冷卻，其特征在于，
[0008]所述生長摻雜Mg的P型GaN層進一步為:
[0009]保持溫度910 °C -930 °C，反應(yīng)腔壓力550mbar_600mbar，在隊氣氛下持續(xù)生長5nm_10nm 慘 Mg 的 P 型 GaN 層，Mg 慘雜濃度 lE+19atom/cm3-2E+19atom/cm3;
[0010]升高溫度到950°C -970°C，反應(yīng)腔壓力提高至850mbar_900mbar，在H2氣氛下持續(xù)生長 100nm-120nm 的慘 Mg 的 P 型 GaN 層，Mg 慘雜濃度為 3E+20atom/cm3-4E+20atom/cm3。
[0011]優(yōu)選地，其中，所述處理襯底進一步為:在1070°C -1100°C，反應(yīng)腔壓力維持在150mbar-200mbar的112氣氛下高溫處理藍寶石襯底約5分鐘。
[0012]優(yōu)選地，其中，所述生長低溫緩沖層GaN進一步為:降溫至520 V -550 V，反應(yīng)腔壓力維持在550mbar-600mbar，通入NH3、TMGa，在藍寶石襯底上生長厚度為30nm-40nm的低溫緩沖層GaN。
[0013]優(yōu)選地，其中，所述生長不摻雜GaN層進一步為:升高溫度到1020°C-1040°C，反應(yīng)腔壓力維持在550mbar-600mbar，通入NH3、TMGa，持續(xù)生長2 μ m_4 μ m的不摻雜GaN。
[0014]優(yōu)選地，其中，所述生長摻雜Si的N型GaN層進一步為:通入NH3、TMGa, SiH4，持續(xù)生長摻雜Si的N型GaN，Si摻雜濃度lE+19atom/cm3-2E+19atom/cm3，反應(yīng)腔壓力維持在150mbar-200mbar,總厚度控制在 2 μ m_4 μ m。
[0015]優(yōu)選地，其中，所述生長摻雜In的InxGa(1 x)N/GaN層進一步為:反應(yīng)腔壓力維持在 300mbar-350mbar，低溫 720 °C -740 °C 時通入 NH3、TEGa、TMIn，生長摻雜 In 的厚度為2.5nm-3nm 的 InxGau x)N(x = 0.15-0.25)層，升溫至 800°C _820°C，通入 NH3、TEGa 生長厚度為 10nm_13nm 的 GaN 層。InxGa(1 x)N/GaN 周期數(shù)為 14-15 個。
[0016]優(yōu)選地，其中，所述生長P型AlyGau y)N-1nxGa{1 X)N超晶格層進一步為:升高溫度到770°C -800°C，反應(yīng)腔壓力維持在200mbar-250mbar，持續(xù)生長40nm-50nm摻Mg的P型AlyGa{1 y)N-1nxGa{1 x)N超晶格層，生長周期為4個；InxGau x)N層的厚度為2nm_4nm，其中x=0.2-0.3 ；AlyGa{1 y)N 層的厚度為 7nm_9nm，其中 y = 0.1-0.2 ；A1 摻雜濃度 1.8E+20atom/cm3-2.2E+20atom/cm3, Mg 慘雜濃度為 8E+19atom/cm3-lE+20atom/cm3，In 慘雜濃度為3E+18atom/ cm3_5E+18atom/ cm3。
[0017]優(yōu)選地，其中，所述降溫冷卻進一步為:降溫至650°C _700°C，保溫20min_30min，
接著爐內(nèi)冷卻。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請所述的方法，達到了如下效果:
[0019]本發(fā)明LED外延生長方法中，采用低溫P型GaN層減薄生長，高溫P型GaN層高壓生長。低溫P型GaN層減薄，既可以大大緩解因生長溫度低而造成晶體質(zhì)量變差，又可以減少P層偏厚對光的吸收，增加出光效率；高溫P型GaN層采用高壓生長，能夠提高該層的結(jié)晶質(zhì)量，有效減少漏電通道，增強阻擋電子的能力，提高反向電壓，減小漏電。同時，與現(xiàn)有技術(shù)相比，高壓條件下，將P層Mg摻雜濃度提高，能夠促使空穴濃度明顯增加，使空穴迀移率顯著提升。進而增加了量子阱區(qū)的載流子濃度，提高了電子與空穴的輻射復(fù)合效率。亮度獲得提高。
【附圖說明】
[0020]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當限定。在附圖中:
[0021]圖1為本發(fā)明實施例1中LED外延層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為對比實施例1中LED外延層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為樣品1、2芯片亮度對比圖；
[0024]圖4為樣品1、2芯片反向電壓對比圖；
[0025]圖5為樣品1、2芯片Ir < 0.01 μΑ比例對比圖；
[0026]其中，1、襯底，2、緩沖層GaN, 3, uGaN 層，4、N 型 GaN 層，5、InGaN，6、GaN, 7, P 型AlGaN，8、減薄的低溫P型GaN，9、高溫高壓P型GaN, 10、低溫P型GaN, 11、高溫P型GaN, 12、N電極，13、P電極、56、發(fā)光層。
【具體實施方式】
[0027]如在說明書及權(quán)利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權(quán)利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準則。如在通篇說明書及權(quán)利要求當中所提及的“包含”為一開放式用語，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”?！按笾隆笔侵冈诳山邮盏恼`差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所述技術(shù)問題，基本達到所述技術(shù)效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電性耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性耦接于所述第二裝置，或通過其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說明書后續(xù)描述為實施本申請的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本申請的一般原則為目的，并非用以限定本申請的范圍。本申請的保護范圍當視所附權(quán)利要求所界定者為準。
[0028]實施例1
[0029]本發(fā)明提供一種LED外延生長方法(外延層結(jié)構(gòu)參見圖1)，依次包括:處理襯底、生長低溫緩沖層GaN、生長不摻雜GaN層、生長摻雜Si的N型GaN層、生長摻雜In的InxGa{1 x)N/GaN層、生長P型AlyGau y)N-1nxGa{1 x)N超晶格層、生長摻雜Mg的P型GaN層，降溫冷卻，其中，
[0030]上述生長摻雜Mg的P型GaN層進一步為:
[0031]保持溫度910 °C -930 °C，反應(yīng)腔壓力550mbar-600mbar，在隊氣氛下持續(xù)生長5nm_10nm 慘 Mg 的 P 型 GaN 層，Mg 慘雜濃度 lE+19atom/cm3-2E+19atom/cm3;
[0032]升高溫度到950°C -970°C，反應(yīng)腔壓力提高至850mbar_900mbar，在H2氣氛下持續(xù)生長 100nm-120nm 的慘 Mg 的 P 型 GaN 層，Mg 慘雜濃度為 3E+20atom/cm3-4E+20atom/cm3。
[0033]上述處理襯底進一步為:在1070°C _1100°C，反應(yīng)腔壓力維持在150mbar-200mbar的比氣氛下高溫處理藍寶石襯底約5分鐘。
[0034]上述生長低溫緩沖層GaN進一步為:降溫至520°C _550°C，反應(yīng)腔壓力維持在550mbar-600mbar，通入NH3、TMGa，在藍寶石襯底上生長厚度為30nm-40nm的低溫緩沖層
GaN ο
[0035]上述生長不摻雜GaN層進一步為:升高溫度到1020°C -1040°C，反應(yīng)腔壓力維持在550mbar-600mbar,通入 NH3、TMGa,持續(xù)生長 2 μ m_4 μ m 的不摻雜 GaN。
[0036]上述生長摻雜Si的N型GaN層進一步為:通入NH3、TMGa，SiH4，持續(xù)生長摻雜Si的N 型 GaN，Si 慘雜濃度 lE+19atom/cm3-2E+19atom/cm3，反應(yīng)腔壓力維持在 150mbar-200mbar，總厚度控制在2 μ m-4 μ m。
[0037]上述生長摻雜In的InxGaUx)N/GaN層，即發(fā)光層，進一步為:反應(yīng)腔壓力維持在 300mbar-350mbar，低溫 720 °C -740 °C 時通入 NH3、TEGa、TMIn,生長摻雜 In 的厚度為
2.5nm-3nm 的 InxGau x)N(x = 0.15-0.25)層，升溫至 800°C _820°C，通入 NH3、TEGa 生長厚度為 10nm_13nm 的 GaN 層。InxGa(1 x)N/GaN 周期數(shù)為 14-15 個。
[0038]上述生長P型AlyGa(1 y)N_InxGau X)N超晶格層進一步為:升高溫度到770 °C -800 °C，反應(yīng)腔壓力維持在200mbar-250mbar，持續(xù)生長40nm-50nm摻Mg的P型AlyGa{1 y)N-1nxGa{1 x)N超晶格層，生長周期為4個；InxGau x)N層的厚度為2nm_4nm，其中x=0.2-0.3 ；AlyGa{1 y)N 層的厚度為 7nm_9nm，其中 y = 0.1-0.2 ；A1 摻雜濃度 1.8E+20atom/cm3-2.2E+20atom/cm3, Mg 慘雜濃度為 8E+19atom/cm3-lE+20atom/cm3，In 慘雜濃度為3E+18atom/ cm3_5E+1