一种LED外延层生长方法及制得的LED外延层技术

本发明专利技术提供了一种LED外延层生长方法及制得的LED外延层，生长方法中的生长P型GaN层步骤为：在温度930-950℃，压力200-600mbar的反应室内，重复间隔性地通入A、B两组原料，直至P型GaN层的厚度为100-300nm；A组原料为NH3、TMGa，生成1-5nm的GaN层；B组原料为NH3、TMGa、Cp2Mg，生成10-20nm的掺Mg的GaN层。本发明专利技术通过调整P型GaN层生长方式，将高温P型掺Mg的GaN层设计为GaN/GaN：Mg层超晶格，改善空穴迁移时分布，使得器件工作电流得到疏散，通入发光层的电流更加均匀，降低器件的驱动电压以及提升发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种LED外延层生长方法及制得的LED外延层
本专利技术涉及LED外延设计
，特别地，涉及一种LED外延层生长方法及制得的LED外延层。
技术介绍
以GaN为基础的发光二极管(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、高可靠性灯优点，正在迅速被广泛地应用于交通信号灯、手机背光源、户外全彩显示屏、城市景观照明、汽车内外灯、隧道灯等。因此，LED的各方面性能提升都被业界重点关注。目前，空穴在LED外延结构的P层传播时，其纵向运动会受到超晶格的GaN层的阻碍，使得器件偶尔出现不工作的现象。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种LED外延层生长方法及制得的LED外延层，以解决空穴在P层纵向运动受到阻碍的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种LED外延层生长方法，依次包括处理衬底、生长低温缓冲GaN层、生长非掺杂GaN层、生长掺Si的GaN层、生长有缘层MQW、生长P型AlGaN层、生长P型GaN层步骤，所述生长P型GaN层步骤为：在温度为930-950℃，反应腔压力在200-600mbar的反应室内，重复间隔性地通入A、B两组原料，直至P型GaN层的厚度为100-300nm；其中，A组原料为50000-60000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa源，生成厚度为1-5nm的GaN层；B组原料为50000-60000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、1500-2500sccm的Cp2Mg源，生成厚度为10-20nm的掺Mg的GaN层，Mg的掺杂浓度为1E19-1E20atom/cm3。优选的，先通入A组原料，再通入B组原料。优选的，先通入B组原料，再通入A组原料。优选的，所述生长掺Si的GaN层步骤为：持续生长厚度为2-4um的N型掺Si的GaN层，Si的掺杂浓度为5E18-1E19atom/cm3。优选的，所述生长有缘层MQW步骤为：在温度700-750℃，压力300-400mbar的反应室内，通入1500-1700sccm的TMIn和20-30sccm的TMGa生长掺杂In的厚度为3-4nm的InxGa(1-x)N层，其中x＝0.15-0.25；温度为800-850℃，生长厚度为10-15nm的GaN层，InxGa(1-x)N/GaN层的周期数为10-15；In的掺杂浓度为1E20-3E20atom/cm3。本专利技术还公开了根据上述的LED外延层生长方法制得的LED外延层，包括厚度为100-300nm的P型GaN层，所述P型GaN层包括若干个双层单元，每个双层单元包括：GaN层：厚度为1-5nm；掺Mg的GaN层：厚度为10-20nm。优选的，在所述双层单元中，所述GaN层在所述掺Mg的GaN层之上，或者，所述GaN层在所述掺Mg的GaN层之下。优选的，在非掺杂GaN层和有缘层MQW之间，包括掺Si的GaN层，厚度为2-4um。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过对P型GaN层生长方式的调整，将原本恒定掺杂的高温P型掺Mg的GaN层设计为GaN/GaN：Mg层超晶格，并将超晶格内含的GaN材料的厚度设计为1-5nm。不但增加超晶格内部的空穴浓度，增加界面的空穴的横向扩展，又能使得空穴纵向迁移率没有受到明显的限制，整体的效果是改善空穴迁移时分布，使得器件工作时拥挤的电流得到疏散，通入发光层的电流更加均匀，一方面可以显著降低器件的驱动电压，一方面可以提升器件的发光效率。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术对比实施例的结构示意图；图2是本专利技术实施例的结构示意图；图3是样品1与样品2的亮度对比图；图4是样品1与样品2的电压对比图；其中，1、衬底，2、低温缓冲GaN层，3、非掺杂GaN层，4、掺Si的GaN层，5、有缘层MQW，6、P型AlGaN层，7、P型GaN层，8、GaN层，9、掺Mg的GaN层。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。以下分别说明采用以现有传统方法制备样品1的对比实施例一，和采用本专利技术生长方法制备样品2的实施例一，再将两种方法得到样品1和样品2进行性能检测比较。对比实施例一、参见图1，本专利技术运用MOCVD来生长高亮度GaN基LED外延片。采用高纯H2或高纯N2或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，N型掺杂剂为硅烷(SiH4)，三甲基铝(TMAl)作为铝源，P型掺杂剂为二茂镁(CP2Mg)，衬底为(0001)面蓝宝石，反应压力在100mbar到800mbar之间。1、在1000-1200℃，反应腔压力维持在75-150mbar的氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底5-10分钟；2、降温至550-650℃下，反应腔压力维持在400-600mbar，在蓝宝石衬底上生长厚度为20-50nm的低温缓冲层GaN；3、升高温度到1000-1200℃下，反应腔压力维持在150-300mbar，持续生长2-4μm的不掺杂GaN；4、然后持续生长掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3，总厚度控制在2-4μm；5、周期性生长有缘层MQW，反应腔压力维持在300-400mbar，低温700-750℃生长掺杂In的3-4nmInxGa(1-x)N(x＝0.15-0.25)层，In掺杂浓度1E20-3E20atom/cm3，高温800-850℃生长10-15nmGaN层，InxGa(1-x)N/GaN周期数为10-15；6、再升高温度到900-1000℃，反应腔压力维持在200-400mbar，持续生长20-50nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E20-3E20atom/cm3，Mg掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3；7、再升高温度到930-950℃，反应腔压力维持在200-600mbar，持续生长100-300nm的掺镁的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E19-1E20atom/cm3；8、最后降温至700-800℃，保温20-30min，接着炉内冷却。实施例一、参见图2，本专利技术运用MOCVD来生长高亮度GaN基LED外延片。采用高纯H2或高纯N2或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，N型掺杂剂为硅烷(SiH4)，三甲基铝(TMAl)作为铝源，P型掺杂剂为二茂镁(CP2Mg)，衬底为(0001)面蓝宝石，反应压力在100mbar到800mbar之间。一种LED外延层生长方法，依次包括处理衬底、生长低温缓冲GaN层、生长非掺杂GaN层、生长掺Si的GaN层、生长有缘层MQW、生长P型AlGaN层、生长P型GaN层步骤，其操作方式为：1、在1000-1200℃，反应腔压力维持在75-150mbar的氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED外延层生长方法，依次包括处理衬底、生长低温缓冲GaN层、生长非掺杂GaN层、生长掺Si的GaN层、生长有缘层MQW、生长P型AlGaN层、生长P型GaN层步骤，其特征在于，所述生长P型GaN层步骤为：在温度为930‑950℃，反应腔压力在200‑600mbar的反应室内，重复间隔性地通入A、B两组原料，直至P型GaN层的厚度为100‑300nm；其中，A组原料为50000‑60000sccm的NH3、20‑40sccm的TMGa源，生成厚度为1‑5nm的GaN层；B组原料为50000‑60000sccm的NH3、20‑40sccm的TMGa、1500‑2500sccm的Cp2Mg源，生成厚度为10‑20nm的掺Mg的GaN层，Mg的掺杂浓度为1E+19‑1E+20atom/cm3。

【技术特征摘要】
1.一种LED外延层生长方法，依次包括处理衬底、生长低温缓冲GaN层、生长非掺杂GaN层、生长掺Si的GaN层、生长有缘层MQW、生长P型AlGaN层、生长P型GaN层步骤，其特征在于，所述生长P型GaN层步骤为：在温度为930-950℃，反应腔压力在200-600mbar的反应室内，重复间隔性地通入A、B两组原料，A、B两组原料的重复次数为10次，A组原料的通入时长为40s，B组原料的通入时长为160s，直至P型GaN层的厚度为100-300nm；其中，A组原料为50000-60000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa源，生成厚度为1-5nm的GaN层；B组原料为50000-60000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、1500-2500sccm的Cp2Mg源，生成厚度为10-20nm的掺Mg的GaN层，Mg的掺杂浓度为1E19-1E20atom/cm3。2.根据权利要求1所述的一种LED外延层生长方法，其特征在于，先通入A组原料，再通入B组原料。3.根据权利要求1所述的一种LED外延层生长方法，其特征在于，先通入B组原料，再通入A组原料。4.根据权利要求1所述的一种LED外延层生长方法，其特征在于，所述生长掺Si的GaN层步骤为：持续生长厚度为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，林传强，农民涛，周佐华，
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