一种提高发光效率的LED外延生长方法技术

本申请公开了一种提高发光效率的LED外延生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温缓冲层GaN、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长InN层、生长InGaN：Mg层、交替生长InxGa(1‑x)N/GaN发光层、生长P型AlGaN层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，本发明专利技术通过引入InN层、InGaN：Mg层结构，降低了量子阱阱层中的失配位错密度，减少了非辐射复合中心的数量，阱垒晶格失配产生的应力引起的极化场减弱，LED的发光效率得到提高。

【技术实现步骤摘要】
一种提高发光效率的LED外延生长方法
本专利技术属于LED
，具体涉及一种提高发光效率LED外延生长方法。
技术介绍
发光二极管(Light-EmittingDiode，LED)是一种将电能转化为光能的半导体电子器件。当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光。LED作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性、色彩丰富等优点。目前国内生产LED的规模正在逐步扩大，但是LED仍然存在发光效率低下的问题，影响LED的节能效果。因此，提供一种LED外延生长方法，提高LED的发光效率，是本
亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了提高LED的发光效率，本专利技术公开了一种提高发光效率的LED外延生长方法，通过引入InN层、InGaN：Mg层结构，降低了量子阱阱层中的失配位错密度，减少了非辐射复合中心的数量，阱垒晶格失配产生的应力引起的极化场减弱，LED的发光效率得到提高。本专利技术提高发光效率的LED外延生长方法，所述LED外延是采用金属有机化合物化学气相沉积法MOCVD获得的，依次包括：处理衬底、生长低温缓冲层GaN、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长InN层、生长InGaN：Mg层、交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层、生长P型AlGaN层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，所述生长InN层，进一步为：保持反应腔压力300mbar-400mbar、保持温度800℃-900℃，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、1000sccm-2000sccm的TMIn、100L/min-130L/min的N2，生长厚度为5nm-10nm的InN层；所述生长InGaN：Mg层，进一步为：保持反应腔压力600mbar-850mbar，保持温度650℃-750℃，通入流量为50000sccm-55000sccm的NH3、50sccm-70sccm的TMGa、90L/min-110L/min的H2、1200sccm-1400sccm的TMIn及800sccm-1050sccm的CP2Mg，生长30nm-45nm的掺杂Mg的InGaN层，形成InGaN：Mg层，其中，Mg掺杂浓度为2E17atoms/cm3-3E17atoms/cm3。优选地，所述处理衬底，进一步为：在1000℃-1100℃的温度下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底5min-10min。优选地，所述生长低温缓冲层GaN，进一步为：降温至500℃-600℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为10000sccm-20000sccm的NH3、50sccm-100sccm的TMGa及100L/min-130L/min的H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-40nm的低温缓冲层GaN；升高温度到1000℃-1100℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2，保温300s-500s，将低温缓冲层GaN腐蚀成不规则岛形。优选地，所述生长不掺杂GaN层，进一步为：升高温度到1000℃-1200℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa及100L/min-130L/min的H2，持续生长2μm-4μm的不掺杂GaN层。优选地，所述生长掺杂GaN层，进一步为：保持反应腔压力300mbar-600mbar，保持温度1000℃-1200℃，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2及20sccm-50sccm的SiH4，持续生长3μm-4μm掺杂Si的N型GaN，其中，Si掺杂浓度5E18atoms/cm3-1E19atoms/cm3；优选地，所述交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，进一步为：保持反应腔压力300mbar-400mbar、保持温度700℃-750℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-40sccm的TMGa、1500sccm-2000sccm的TMIn及100L/min-130L/min的N2，生长掺杂In的2.5nm-3.5nm的InxGa(1-x)N层，其中，x＝0.20-0.25，发光波长为450nm-455nm；升高温度至750℃-850℃，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa及100L/min-130L/min的N2，生长8nm-15nm的GaN层；重复交替生长InxGa(1-x)N层和GaN层，得到InxGa(1-x)N/GaN发光层，其中，InxGa(1-x)N层和GaN层的交替生长周期数为7-15个。优选地，所述生长P型AlGaN层，进一步为：保持反应腔压力200mbar-400mbar、温度900℃-950℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、30sccm-60sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、100sccm-130sccm的TMAl及1000sccm-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的P型AlGaN层，其中，Al掺杂浓度1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。优选地，所述生长掺Mg的P型GaN层，进一步为：保持反应腔压力400mbar-900mbar、温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2及1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-200nm的掺Mg的P型GaN层，其中，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。优选地，所述降温冷却，进一步为：降温至650℃-680℃，保温20min-30min，关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。与现有技术相比，本申请所述的LED外延生长方法，达到了如下效果：本专利技术通过在通过引入InN层、InGaN：Mg层结构，可以降低整个外延层的应力和阱层的应力，从而减弱阱垒晶格失配产生的应力引起的极化场，极化场的减弱有利于提高量子阱中电子和空穴的复合。同时，InN层、InGaN：Mg层结构可以促使量子阱中发生相分离而引起In组分空间涨落，形成很多局域能量态，当电子和空穴注入到InGaN有源层时，被这些局域能量态捕获，具有较高束缚能的激子就在这些局域态处实现辐射复合。局域态的存在不仅能有效地避免量子限制斯塔克效应的影响，而且也大幅度地降低了晶体中可能存在的缺陷的影响，因而可以大幅度提高LED的发光效率。另外，引入InN层、InGa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高发光效率的LED外延生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温缓冲层GaN、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长InN层、生长InGaN：Mg层、交替生长InxGa(1‑x)N/GaN发光层、生长P型AlGaN层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，其特征在于，所述生长InN层，进一步为：保持反应腔压力300mbar‑400mbar、保持温度800℃‑900℃，通入流量为30000sccm‑60000sccm的NH3、1000sccm‑2000sccm的TMIn、100L/min‑130L/min的N2，生长厚度为5nm‑10nm的InN层；所述生长InGaN：Mg层，进一步为：保持反应腔压力600mbar‑850mbar，保持温度650℃‑750℃，通入流量为50000sccm‑55000sccm的NH3、50sccm‑70sccm的TMGa、90L/min‑110L/min的H2、1200sccm‑1400sccm的TMIn及800sccm‑1050sccm的CP2Mg，生长30nm‑45nm的掺杂Mg的InGaN层，形成InGaN：Mg层，其中，Mg掺杂浓度为2E17atoms/cm...

【技术特征摘要】
1.一种提高发光效率的LED外延生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温缓冲层GaN、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长InN层、生长InGaN：Mg层、交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层、生长P型AlGaN层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，其特征在于，所述生长InN层，进一步为：保持反应腔压力300mbar-400mbar、保持温度800℃-900℃，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、1000sccm-2000sccm的TMIn、100L/min-130L/min的N2，生长厚度为5nm-10nm的InN层；所述生长InGaN：Mg层，进一步为：保持反应腔压力600mbar-850mbar，保持温度650℃-750℃，通入流量为50000sccm-55000sccm的NH3、50sccm-70sccm的TMGa、90L/min-110L/min的H2、1200sccm-1400sccm的TMIn及800sccm-1050sccm的CP2Mg，生长30nm-45nm的掺杂Mg的InGaN层，形成InGaN：Mg层，其中，Mg掺杂浓度为2E17atoms/cm3-3E17atoms/cm3。2.根据权利要求1所述的提高发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，在1000℃-1100℃的温度下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底5min-10min。3.根据权利要求2所述的提高发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，所述生长低温缓冲层GaN，进一步为：降温至500℃-600℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为10000sccm-20000sccm的NH3、50sccm-100sccm的TMGa及100L/min-130L/min的H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-40nm的低温缓冲层GaN；升高温度到1000℃-1100℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2，保温300s-500s，将低温缓冲层GaN腐蚀成不规则岛形。4.根据权利要求1所述的提高发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，所述生长不掺杂GaN层，进一步为：升高温度到1000℃-1200℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa及100L/min-130L/min的H2，持续生长2μm-4μm的不掺杂GaN层。5.根据权利要求1所述的提高发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，所述生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：保持反应腔压力300mbar-600mbar，保持温度1000℃-1200℃，通入流量为30...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐平，
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