專利名稱：一種提高GaN基LED發(fā)光效率的外延方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GaN基材料的外延生長，尤其涉及GaN基藍(lán)綠光發(fā)光二極管的外延生長。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED，Light Emitting Diode)具有長壽、節(jié)能、環(huán)保、可靠性高等優(yōu)點，并且近年來，LED在大屏幕彩色顯示、交通信號燈和照明等領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用。但要在全彩屏顯示和照明領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，LED的亮度還有待進(jìn)一步的提升。目前絕大多數(shù)GaN基藍(lán)綠光LED都是采用金屬有機化合物氣相沉積方法(M0CVD Metal-Organic Chemical Vapor D印osition)異質(zhì)外延生長在藍(lán)寶石(A1203)襯底上，但由于GaN和藍(lán)寶石襯底間具有大的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)失配，會在界面處產(chǎn)生強的應(yīng)力作用以及大量的位錯和缺陷，對于目前通用的藍(lán)綠光LED外延結(jié)構(gòu)，如圖1所示，這些位錯和缺陷會延伸至樣品外延層表面，密度高達(dá)1X1019 /cm3，嚴(yán)重影響了材料的內(nèi)量子效率。因此，采用特殊的外延方法降低GaN外延層中的應(yīng)力和缺陷密度，提高量子阱區(qū)材料的晶體質(zhì)量，是提高LED內(nèi)量子效率的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是通過采用特殊的外延生長方法降低量子阱前外延層中的應(yīng)力和缺陷密度，以阻止其繼續(xù)延伸至量子阱有源區(qū)，從而達(dá)到提高量子阱區(qū)材料的晶體質(zhì)量，進(jìn)而提升內(nèi)量子效率的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種提高GaN基LED發(fā)光效率的外延生長方法，該芯片包括襯底以及依次層疊于襯底上的緩沖層、U-GaN層、η型GaN、η型電流擴展層、η型空間層、量子阱有源區(qū)、P型電子阻擋層、p-GaN、接觸層，其特征在于在η型電流擴展層和 η型空間層之間先通入具有表面處理作用的氣體進(jìn)行表面處理，表面處理的時間為IOs 20min，具有表面處理作用的氣體可以是SiH4、H2、CH4、NH3或CP2Mg，處理溫度700°C 1100°C。然后再通過生長條件的控制將表面恢復(fù)平整，在η型電流擴展層與η型空間層之間形成表面處理層、η型表面恢復(fù)層。η型表面恢復(fù)層；先生長IOs IOmin的成核層；然后生長約3 500Α厚的摻Si的η GaN層。η型GaN空間層的厚度約1 lOOnm。之后再開始生長量子阱有源區(qū)。本發(fā)明的優(yōu)點在于在生長完量子阱有源區(qū)前的η型InGaN電流擴展層后，通過通入具有表面處理作用的氣體將從藍(lán)寶石襯底和GaN界面延伸至該層的缺陷進(jìn)行處理，以減少該層中的缺陷密度，另外缺陷減少的同時有利于外延層中應(yīng)力的釋放；雖然通過具有表面處理作用的氣體處理的η型電流擴展層表面會呈現(xiàn)較小的不平整的坑現(xiàn)象，如圖3所示，這可以通過控制外延生長條件有效的將樣品表面恢復(fù)平整，即先生長成核層，然后再通過控制外延生長條件，增強二維生長模式，生長一層η型層將樣品表面恢復(fù)平整；隨后開始在低應(yīng)力和低缺陷密度的η型GaN層上生長η型GaN空間層和量子阱有源區(qū)，從而降低應(yīng)
3力和缺陷對量子阱有源區(qū)的影響，提高內(nèi)量子效率。


圖1是傳統(tǒng)的GaN基藍(lán)綠光LED外延結(jié)構(gòu)；
圖2是本發(fā)明的實施例的GaN基藍(lán)綠光LED外延結(jié)構(gòu)； 圖3是SiH4氣體處理后的η型電流擴展層截面示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本實施例以GaN基藍(lán)光LED外延生長為例，具體說明本發(fā)明的LED外延生長方法的步驟。以下生長過程均是采用MOCVD法在MOCVD反應(yīng)腔中進(jìn)行的。實施例一
1)將(0001)晶向的藍(lán)寶石襯底200放置石墨盤上并送入反應(yīng)腔中，加熱至1060°C對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行5min的熱處理。2)降溫至540°C生長約30 70nm厚的低溫緩沖層201。3)升溫至1020°C生長約100 300nm厚的成核層。4)升溫至1080°C生長約Ium厚的不摻雜的GaN層202。5)生長約1. 7um厚的摻Si的η GaN層203。6)降溫至850°C生長約40nm厚的摻Si的η型電流擴展層204。7)在700°C通入IOs的SiH4對η型電流擴展層的表面進(jìn)行處理205。8)生長20s的成核層，生長壓力為600Torr。9)生長約50A厚的摻Si的η GaN表面恢復(fù)層206，生長壓力IOOTorr。10)生長約20nm厚的摻Si的η型GaN空間層207。11)生長不摻雜的6個周期hGaN/GaN量子阱有源層208。12)升溫生長約30nm厚的摻Mg的ρ AlGaN電子阻擋層211。13)生長約150nm厚的摻Mg的ρ GaN層212。14)生長約5nm厚的接觸層213。實施例二
15)將(0001)晶向的藍(lán)寶石襯底放置石墨盤上并送入反應(yīng)腔中，加熱至1060°C對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行5min的熱處理。16)降溫至540°C生長約30 70nm厚的低溫緩沖層。17)升溫至1020°C生長約100 300nm厚的成核層。18)升溫至1080°C生長約Ium厚的不摻雜的GaN層。19)生長約1. 7um厚的摻Si的η GaN層。20)降溫至850°C生長約40nm厚的摻Si的η型電流擴展層。21)升溫至900°C通入IOmin的H2對η型電流擴展層表面進(jìn)行處理。22)生長20s的成核層，生長壓力為600Torr。23)生長約50A厚的摻Si的η GaN層，生長壓力IOOTorr。24)生長約20nm厚的摻Si的η型GaN空間層。
4
25)生長不摻雜的6個周期hGaN/GaN量子阱有源層。26)升溫生長約30nm厚的摻Mg的ρ AlGaN電子阻擋層。27)生長約150nm厚的摻Mg的ρ GaN層。28 )生長約5nm厚的接觸層。實施例三
29)將(0001)晶向的藍(lán)寶石襯底放置石墨盤上并送入反應(yīng)腔中，加熱至1060°C對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行5min的熱處理。30)降溫至540°C生長約30 70nm厚的低溫緩沖層。31)升溫至1020°C生長約100 300nm厚的成核層。32)升溫至1080°C生長約Ium厚的不摻雜的GaN層。33)生長約1. 7um厚的摻Si的η GaN層。34)降溫至850°C生長約40nm厚的摻Si的η型電流擴展層。35)升溫至1100°C通入20min的CH4對η型電流擴展層的表面進(jìn)行處理。36)生長20s的成核層，生長壓力為600Torr。37)生長約50A厚的摻Si的η GaN表面恢復(fù)層，生長壓力IOOTorr。38)生長約20nm厚的摻Si的η型GaN空間層。39)生長不摻雜的6個周期hGaN/GaN量子阱有源層。40)升溫生長約30nm厚的摻Mg的ρ AlGaN電子阻擋層。41)生長約150nm厚的摻Mg的ρ GaN層。42 )生長約5nm厚的接觸層。本發(fā)明的其它條件，同例可證，這里不再一一列舉。
權(quán)利要求
1.一種提高GaN基LED發(fā)光效率的外延生長方法，該芯片包括襯底以及依次層疊于襯底上的緩沖層、U-GaN層、η型GaN、η型電流擴展層、η型空間層、量子阱有源區(qū)、ρ型電子阻擋層、p-GaN、接觸層，其特征在于在η型電流擴展層和η型空間層之間先通入具有表面處理作用的氣體進(jìn)行表面處理，然后再通過生長條件的控制將表面恢復(fù)平整，在η型電流擴展層與η型空間層之間形成表面處理層、η型表面恢復(fù)層。
2.如權(quán)利要求1所述的提高GaN基LED發(fā)光效率的外延生長方法，其特征在于表面處理的時間為IOs 20min，處理溫度700°C 1100°C。
3.如權(quán)利要求1或2所述的提高GaN基LED發(fā)光效率的外延生長方法，其特征在于 具有表面處理作用的氣體可以是SiH4、H2、CH4、NH3或CP2Mg。
4.如權(quán)利要求1或4所述的提高GaN基LED發(fā)光效率的外延生長方法，其特征在于 η型表面恢復(fù)層；先生長IOs IOmin的成核層；然后生長約3 500Α厚的摻Si的η GaN 層。
5.如權(quán)利要求1所述的提高GaN基LED發(fā)光效率的外延生長方法，其特征在于η型GaN 空間層的厚度約1 lOOnm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有效提高GaN基LED發(fā)光效率的外延生長方法，該方法是在傳統(tǒng)的GaN基LED結(jié)構(gòu)襯底上的緩沖層、uGaN層、nGaN、n型電流擴展層、n型空間層、量子阱有源區(qū)、p型電子阻擋層、p型GaN、接觸層的基礎(chǔ)上，在n型電流擴散層和n型空間層之間加入一步表面處理的程序，將從襯底和GaN界面延伸至電流擴散層的缺陷以及應(yīng)力進(jìn)行破壞和釋放，之后再通過生長條件的控制將材料的表面恢復(fù)平整，然后再生長量子阱有源區(qū)。結(jié)果表明，和傳統(tǒng)的生長技術(shù)相比，這樣生長的量子阱受缺陷和應(yīng)力的影響較小，能有效的提高樣品的發(fā)光強度。本發(fā)明適用于藍(lán)綠光波段的GaN基LED的外延生長。
文檔編號C30B29/38GK102418146SQ20111033065
公開日2012年4月18日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者劉榕, 孫玉芹, 王江波, 魏世禎 申請人:華燦光電股份有限公司