提高空穴注入的LED外延生长方法技术

本申请公开了一种提高空穴注入的LED外延生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温GaN成核层、生长高温GaN缓冲层、生长非掺杂的u‑GaN层、生长掺杂Si的n‑GaN层、生长多量子阱MQW发光层、生长温度两段渐变的掺Mg的InGaN:Mg层、生长P型AlGaN层、生长高温P型GaN层、生长P型GaN接触层、降温冷却。如此方案，在多量子阱层生长完成之后，生长一层具有温度两段渐变的掺Mg的InGaN:Mg层结构，既提高了空穴浓度，又提高了空穴迁移率，进而有利于提高量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，提高LED的发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及LED外延设计应用
，具体地说，涉及一种提高空穴注入的LED外延生长方法。
技术介绍
目前LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种固体照明，体积小、耗电量低使用寿命长高亮度、环保、坚固耐用等优点受到广大消费者认可，国内生产LED的规模也在逐步扩大；市场上对LED亮度和光效的需求与日俱增，如何生长更好的外延片日益受到重视，因为外延层晶体质量的提高，LED器件的性能可以得到提升，LED的发光效率、寿命、抗老化能力、抗静电能力、稳定性会随着外延层晶体质量的提升而提升。LED市场上现在要求LED芯片驱动电压低，特别是大电流下驱动电压越小越好、光效越高越好。LED市场价值的体现为(光效)/单价，光效越好，价格越高，所以LED高光效一直是LED厂家和院校LED研究所所追求的目标。高光效意味着光功率高、驱动电压低，但光功率一定程度上受到P层空穴浓度的限制，驱动电压一定程度上受到P层空穴迁移率的限制，注入的空穴浓度增加，发光层空穴和电子的复合效率增加，高光功率增加，P层空穴迁移率增加驱动电压才能降低。
技术实现思路
有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种提高空穴注入的LED外延生长方法，在多量子阱层生长完成之后，生长一层具有温度两段渐变的掺Mg的InGaN:Mg层结构，既提高了空穴浓度，又提高了空穴迁移率，
进而有利于提高量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，提高LED的发光效率。为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：一种提高空穴注入的LED外延生长方法，其特征在于，依次包括：处理衬底、生长低温GaN成核层、生长高温GaN缓冲层、生长非掺杂的u-GaN层、生长掺杂Si的n-GaN层、生长多量子阱MQW发光层、生长温度两段渐变的掺Mg的InGaN:Mg层、生长P型AlGaN层、生长高温P型GaN层、生长P型GaN接触层、降温冷却，所述生长温度两段渐变的掺Mg的InGaN:Mg层，进一步为：向反应腔通入TMIn、TMGa及Cp2Mg作为MO源，并通入NH3，生长厚度为20nm-120nm的一层温度两段渐变的掺Mg的InGaN:Mg层，生长过程中，首先将生长温度从温度T1渐变升高到温度T2，再将生长温度从温度T2渐变降低至温度T1，将反应腔压力控制在100Torr-500Torr，其中，700℃＜T1＜850℃，750℃＜T2＜900℃，且T2＞T1，生长温度从T1渐变升高到T2时与生长温度从T2渐变降低到T1时生长InGaN:Mg层的厚度相同，厚度为10nm-60nm，生长过程中，通入NH3和TEGa的摩尔量比为300-5000，Mg的摩尔组分为0.3％-1％，In的摩尔组分为1％-10％。优选地，其中：所述生长低温GaN成核层，进一步为：降低温度至500℃-620℃，保持反应腔压力400Torr-650Torr，通入NH3和TMGa，生长厚度为20nm-40nm的低温GaN成核层，其中，通入NH3和TMGa的摩尔量比为500-3000。优选地，其中：所述生长高温GaN缓冲层，进一步为：在所述生长低温GaN成核层结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，将退火温度升高至1000℃-1100℃，退火时间为5min-10min；退火完成后，将温度调节至900℃-1050℃，生长压力控制为400Torr-650Torr，继续通入TMGa，外延生长厚度为0.2μm-1μm的高温GaN缓冲层，其中，通入NH3和TMGa的摩尔量比为500-3000。优选地，其中：所述生长非掺杂的u-GaN层，进一步为：升高温度到1050℃-1200℃，保持反应腔压力100Torr-500Torr，通入NH3和TMGa，持续生长1μm-3μm的非掺杂u-GaN层，其中，通入NH3和TMGa的摩尔量比为300-3000。优选地，其中：所述生长掺杂Si的n-GaN层，进一步为：保持反应腔温度为1050℃-1200℃，保持反应腔压力为100Torr-600Torr，通入NH3、TMGa和SiH4，持续生长厚度为2μm-4μm的掺杂浓度稳定的n-GaN层，其中，Si掺杂浓度8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3，通入NH3和TMGa的摩尔量比为300-3000。优选地，其中：所述生长多量子阱MQW发光层，进一步为：通入TEGa和TMIn作为MO源，通入SiH4作为N型掺杂剂，生长5-15个周期的InyGa(1-y)N/GaN阱垒结构组成，进一步为：保持反应腔压力100Torr-500Torr、温度700℃-800℃，生长掺杂In的厚度为2nm-5nm的InyGa(1-y)N量子阱层，y＝0.1-0.3，通入NH3和TEGa的摩尔量比为300-5000；接着升高温度至800℃-950℃，保持反应腔压力100Torr-500Torr，生长厚度为8nm-15nm的GaN垒层，其中，通入NH3和TEGa的摩尔量比为300-5000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂，Si组分为0.5％-3％；重复InyGa(1-y)N量子阱层的生长，然后重复GaN垒层的生长，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为5-15个。优选地，其中：所述生长P型AlGaN层，进一步为：保持反应腔压力20Torr-200Torr、温度900℃-1100℃，通入TMGa和Cp2Mg作为MO源，通入TMAl，持续生长厚度为50nm-200nm的P型AlGaN层，生长时间为3min-10min，其中，通入NH3和TMGa的摩尔量比为1000-20000，Al的摩尔组分为10％-30％，Mg的摩尔组分为0.05％-0.3％。优选地，其中：所述生长高温P型GaN层，进一步为：保持反应腔压力100Torr-500Torr，生长温度为850℃-1000℃，通入TMGa和Cp2Mg作为MO源，持续生长厚度为100nm-800nm的掺Mg的P型GaN层，其中，通入NH3和TMGa的摩尔量比为300-5000，Mg掺杂浓度1E17atoms/cm3-1E18atoms/cm3。优选地，其中：所述生长P型GaN接触层，进一步为：保持反应腔压力100Torr-500Torr，生长温度为850℃-1050℃，通入TMGa和Cp2Mg作为MO源，持续生长厚度为5nm-20nm的P型GaN接触层，其中，通入NH3和TMGa的摩尔量比为1000-5000。优选地，其中：所述降温冷却，进一步为：外延生长结束后，将反应室的温度降低至650℃-800℃，采用纯N2氛围进行退火处理5min-10min，然后将至室温，结束生长。与现有技术相比，本申请所述的方法，达到了如下效果：本专利技术提高空穴注入的LED外延生长方法，与传统方法相比，在生长完量子阱层之后，生长一层具有温度两段渐变的掺Mg的InGaN:Mg层结构，目的是在靠近量子阱区域，先通过低温生长来提高Mg的浓度，从而提供高的空穴浓度，随着离量子阱区域的距离越来越远，生长温度渐变提升，从而提高晶体质量，提高空穴的迁移率，到一定温度后，降低温度，提高Mg的浓度，提供高的空穴浓度来补充之前消耗的空穴，从而能够提高整个量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高空穴注入的LED外延生长方法，其特征在于，依次包括：处理衬底、生长低温GaN成核层、生长高温GaN缓冲层、生长非掺杂的u‑GaN层、生长掺杂Si的n‑GaN层、生长多量子阱MQW发光层、生长温度两段渐变的掺Mg的InGaN:Mg层、生长P型AlGaN层、生长高温P型GaN层、生长P型GaN接触层、降温冷却，所述生长温度两段渐变的掺Mg的InGaN:Mg层，进一步为：向反应腔通入TMIn、TMGa及Cp2Mg作为MO源，并通入NH3，生长厚度为20nm‑120nm的一层温度两段渐变的掺Mg的InGaN:Mg层，生长过程中，首先将生长温度从温度T1渐变升高到温度T2，再将生长温度从温度T2渐变降低至温度T1，将反应腔压力控制在100Torr‑500Torr，其中，700℃＜T1＜850℃，750℃＜T2＜900℃，且T2＞T1，生长温度从T1渐变升高到T2时与生长温度从T2渐变降低到T1时生长InGaN:Mg层的厚度相同，厚度为10nm‑60nm，生长过程中，通入NH3和TEGa的摩尔量比为300‑5000，Mg的摩尔组分为0.3％‑1％，In的摩尔组分为1％‑10％。

【技术特征摘要】
1.一种提高空穴注入的LED外延生长方法，其特征在于，依次包括：处理衬底、生长低温GaN成核层、生长高温GaN缓冲层、生长非掺杂的u-GaN层、生长掺杂Si的n-GaN层、生长多量子阱MQW发光层、生长温度两段渐变的掺Mg的InGaN:Mg层、生长P型AlGaN层、生长高温P型GaN层、生长P型GaN接触层、降温冷却，所述生长温度两段渐变的掺Mg的InGaN:Mg层，进一步为：向反应腔通入TMIn、TMGa及Cp2Mg作为MO源，并通入NH3，生长厚度为20nm-120nm的一层温度两段渐变的掺Mg的InGaN:Mg层，生长过程中，首先将生长温度从温度T1渐变升高到温度T2，再将生长温度从温度T2渐变降低至温度T1，将反应腔压力控制在100Torr-500Torr，其中，700℃＜T1＜850℃，750℃＜T2＜900℃，且T2＞T1，生长温度从T1渐变升高到T2时与生长温度从T2渐变降低到T1时生长InGaN:Mg层的厚度相同，厚度为10nm-60nm，生长过程中，通入NH3和TEGa的摩尔量比为300-5000，Mg的摩尔组分为0.3％-1％，In的摩尔组分为1％-10％。2.根据权利要求1所述提高空穴注入的LED外延生长方法，其特征在于，所述生长低温GaN成核层，进一步为：降低温度至500℃-620℃，保持反应腔压力400Torr-650Torr，通入NH3和TMGa，生长厚度为20nm-40nm的低温GaN成核层，其中，通入NH3和TMGa的摩尔量比为500-3000。3.根据权利要求1所述提高空穴注入的LED外延生长方法，其特征在于，所述生长高温GaN缓冲层，进一步为：在所述生长低温GaN成核层结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，将退火温度升高至1000℃-1100℃，退火时间为5min-10min；退火完成后，将温度调节至900℃-1050℃，生长压力控制为400Torr-650Torr，继续通入TMGa，外延生长厚度为0.2μm-1μm的高温GaN缓冲层，其中，通入NH3和TMGa的摩尔量比为500-3000。4.根据权利要求1所述提高空穴注入的LED外延生长方法，其特征在于，所述生长非掺杂的u-GaN层，进一步为：升高温度到1050℃-1200℃，保持反应腔压力100Torr-500Torr，通入NH3和TMGa，持续生长1μm-3μm的非掺杂u-GaN层，其中，通入NH3和TMGa的摩尔量比为300-3000。5.根据权利要求1所述提高空穴注入的LED外延生长方法，其特征在于，所述生长掺杂Si的n-GaN层，进一步为：保持反应腔温度为1050℃-1200℃，保持反应腔压力为100Torr-600Torr，通入NH3、TMGa和SiH4，持续生长厚度为2μm-4μm的掺杂浓度稳定的n-Ga...

【专利技术属性】
技术研发人员：林传强，
申请(专利权)人：湘能华磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43