基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法技术

本发明专利技术公开基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法，包括：处理衬底、生长AlxGa(1‑x)N层、生长AlyGa(1‑y)N层、生长SivAlzGa(1‑z‑v)N层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长Inx1Ga(1‑x1)N/GaN发光层，其中，x1＝0.20‑0.25，生长P型AlGaN层、生长掺镁的P型GaN层、降温冷却。本发明专利技术使得外延生长简单化，提升了LED的生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光二极管衬底外延生长的
，更具体地，涉及一种基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法。
技术介绍
发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)，是半导体二极管的一种，是一种可以把电能转化成光能的设备。LED产品具有节能、环保、寿命长等优点而广受人们喜爱。目前LED市场追求的是高亮度的LED产品，传统的LED结构主要包括：基板衬底、低温缓冲层GaN、不掺杂Si的GaN层、掺杂Si的GaN层、发光层、掺杂Mg、Al的GaN层、高温掺杂Mg的GaN、锡氧化铟(IndiumTinOxide，简称ITO)层、SiO2保护层、P电极及N电极。现有的LED外延生成过程中，都采用蓝宝石PSS衬底生长外延层。但是PSS衬底生长外延层会造成在外延层中存在很大密度的缺陷，使得制备的外延片波长命中率低、外延片晶体质量轻、发光层的晶体质量差，P层的掺杂效率降低，空穴的迁移率降低；导致制备得到LED出现亮度下降、光效降低、反向电压降低、抗静电能力差等问题。如图1及图2所示，图1为现有技术中传统LED衬底外延生长方法的流程示意图；图2为利用现有技术中发光二极管衬底外延生长方法的制备得到传统LED的结构示意图。其中，传统LED衬底外延生长方法包括如下步骤：步骤101、处理蓝宝石衬底：在1000-1100℃的氢气气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力为100-300mbar(mbar为气压单位)，处理蓝宝石衬底5-10分钟。步骤102、生长低温缓冲层GaN：降温至500-600℃，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为10000-20000sccm(sccm备注标准毫升每分钟)的NH3、50-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、在蓝宝石衬底上生长厚度为20-40nm的低温缓冲层GaN。步骤103、将低温缓冲层GaN腐蚀成不规则岛状：升高温度至1000-1100℃，保持反应腔压力为300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、保持温度稳定持续300-500s低温将GaN腐蚀成不规则岛状。步骤104、生长不掺杂的U型GaN层：升高温度到1000-1200℃，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm(sccm备注标准毫升每分钟)的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、持续生长2-4μm的不掺杂GaN。步骤105、生长第一掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000-60000sccm(sccm备注标准毫升每分钟)的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、20-50sccm的SiH4持续生长3-4μm的第一掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3(备注1E19代表10的19次方也就是10∧19，以此类推)。步骤106、生长第二掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000-60000sccm(sccm备注标准毫升每分钟)的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、2-10sccm的SiH4持续生长200-400nm的第二掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E17-1E18atom/cm3。步骤107、生长发光层中掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔压力300-400mbar、温度750-850℃通入流量为30000-60000sccm(sccm备注标准毫升每分钟)的NH3、20-40sccm的TMGa、100-130L/min的N2、2-10sccm的SiH4持续生长50-100nm掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度1E18-5E18atom/cm3。步骤108、生长发光层中的InxGa（1-x)N/GaN层：保持反应腔压力300-400mbar、温度700-750℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、1500-2000sccm的TMIn、100-130L/min的N2，生长掺杂In的2.5-3.5nmInxGa(1-x)N(x＝0.20-0.25)，发光波长450-455nm；接着升高温度750-850℃，保持反应腔压力300-400mbar通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa、100-130L/min的N2，生长8-15nmGaN层；然后重复InxGa(1-x)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为7-15个。步骤109、生长P型AlGaN层：保持反应腔压力200-400mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl、1000-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50-100nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E20-3E20atom/cm3，Mg掺杂浓度1E19-1E20atom/cm3。步骤110、生长掺镁的P型GaN层：保持反应腔压力400-900mbar、温度950-1000℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2、1000-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50-200nm的掺镁的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E19-1E20atom/cm3步骤111、降温、冷却：最后降温至650-680℃，保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。如图2所示，传统利用现有技术中发光二极管衬底外延生长方法的制备得到传统LED，由下至上包括如下结构：基板201、为低温缓冲层GaN层202、U型GaN层203、N型GaN层204、N电极205、发光层206(包括GaN层261和InxGa(1-x)N层262)、掺杂Mg、Al的P型AlGaN层207、高温掺杂Mg的P型GaN层208、ITO层209、SiO2保护层210及P电极211。因此，提供一种外延片波长命中率高、光效好、亮度高、电压低，反向电压高、抗静电能力强的LED衬底外延生长方法是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法，解决了现有技术中LED的外延片波长命中率低、光效差、亮度低、电压高，反向电压低、抗静电能力差的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法，包括：处理衬底、生长AlxGa（1-x)N层、生长AlyGa（1-y)N层、生长SivAlzGa(1-z-v)N层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长Inx1Ga(1-x1)N/GaN发光层，其中，x1＝0.20-0.25，生长P型AlGaN层、生长掺镁的P型GaN层、降温冷却；其中，生长AlxGa(1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法，其特征在于，包括：处理衬底、生长AlxGa(1‑x)N层、生长AlyGa(1‑y)N层、生长SivAlzGa(1‑z‑v)N层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长Inx1Ga(1‑x1)N/GaN发光层，其中，x1＝0.20‑0.25，生长P型AlGaN层、生长掺镁的P型GaN层、降温冷却；其中，生长AlxGa(1‑x)N层，进一步为：保持反应腔压力为100‑300mbar、温度为900‑1000℃，同时通入流量为30000‑40000sccm的NH3、100‑130L/min的N2、50‑100sccm的TMGa及100‑200sccm的TMAl的条件下，生长500‑800nm的AlxGa(1‑x)N层(x取值范围：0.10‑0.15)；生长AlyGa(1‑y)N层，进一步为：保持反应腔压力为100‑300mbar、温度为1000‑1200℃，同时通入流量为30000‑50000sccm的NH3、100‑130L/min的N2、100‑200sccm的TMGa及50‑100sccm的TMAl的条件下，生长500‑800nm的AlyGa(1‑y)N层(y取值范围：0.05‑0.10)；生长SivAlzGa(1‑z‑v)N层，进一步为：保持反应腔压力为300‑600mbar、温度为1000‑1200℃，同时通入流量为30000‑60000sccm的NH3、100‑130L/min的H2、200‑300sccm的TMGa、50‑100sccm的TMAl及5‑10sccm的SiH4的条件下，生长500‑800nm的SivAlzGa(1‑z‑v)N层(z取值范围：0.03‑0.05；v的取值范围为：0.005‑0.01)，Si的掺杂浓度5E17‑5E18atom/cm3。...

【技术特征摘要】
1.一种基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法，其特征在于，包括：处理衬底、生长AlxGa(1-x)N层、生长AlyGa(1-y)N层、生长SivAlzGa(1-z-v)N层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长Inx1Ga(1-x1)N/GaN发光层，其中，x1＝0.20-0.25，生长P型AlGaN层、生长掺镁的P型GaN层、降温冷却；其中，生长AlxGa(1-x)N层，进一步为：保持反应腔压力为100-300mbar、温度为900-1000℃，同时通入流量为30000-40000sccm的NH3、100-130L/min的N2、50-100sccm的TMGa及100-200sccm的TMAl的条件下，生长500-800nm的AlxGa(1-x)N层(x取值范围：0.10-0.15)；生长AlyGa(1-y)N层，进一步为：保持反应腔压力为100-300mbar、温度为1000-1200℃，同时通入流量为30000-50000sccm的NH3、100-130L/min的N2、100-200sccm的TMGa及50-100sccm的TMAl的条件下，生长500-800nm的AlyGa(1-y)N层(y取值范围：0.05-0.10)；生长SivAlzGa(1-z-v)N层，进一步为：保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，同时通入流量为30000-60000sccm的NH3、100-130L/min的H2、200-300sccm的TMGa、50-100sccm的TMAl及5-10sccm的SiH4的条件下，生长500-800nm的SivAlzGa(1-z-v)N层(z取值范围：0.03-0.05；v的取值范围为：0.005-0.01)，Si的掺杂浓度5E17-5E18atom/cm3。2.根据权利要求1所述的基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法，其特征在于，处理衬底，进一步为：向放置有衬底的金属有机化学气相沉积系统的反应腔内，同时通入流量为10000-20000sccm的NH3、100-130L/min的H2，升高温度至900-1000℃，在反应腔压力为100-200mbar的条件下，处理所述衬底。3.根据权利要求1所述的基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法，其特征在于，生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：通入NH3、TMGa、H2及SiH4持续生长掺杂Si的N型GaN层。4.根据权利要求3所述的基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法，其特征在于，生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、20-50sccm的SiH4持续生长3-4μm的掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3。5.根据权利要求4所述的基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法，其特征在于，生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、20-50sccm的SiH4持续生长3-4μm的第一掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3；保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、2-10sccm的SiH4持续生长200-400nm的第二掺杂Si的N型G...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，
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