LED外延层生长方法及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LED外延层，生长P型GaN层步骤为：A、在温度为900-950℃，反应腔压力在200-600mbar的反应室内，通入NH3、Cp2Mg，关闭TMGa，做10-20秒掺Mg预处理；B、通入TMGa，关掉Cp2Mg，生长20-40秒GaN层，GaN厚度为5-10nm；重复步骤A、B10-20次，直至P型GaN层的总厚度为80-200nm。本申请使用delta掺杂生长p型GaN层，改善p型GaN层的结晶质量降低位错密度，提高P-GaN空穴浓度及其迁移率，为LED器件发光有源区提供更多的空穴-电子对，提高复合几率，提升亮度，从而改善LED器件的光电性能。

【技术实现步骤摘要】
LED外延层生长方法及LED外延层
[0001 ] 本专利技术涉及LED外延设计
，特别地，涉及一种使用delta掺杂的方法生长P型GaN层的LED外延层生长方法及LED外延层。
技术介绍
LED被广泛应用在显示屏、传感器、通讯、照明等广泛领域。作为核心半导体器件的GaN基蓝光LED能与荧光粉结合制造白光，在照明方面有很大的吸引力。掺Mg = GaN材料(P-GaN)已经被广泛应该在GaN基发光二极管(LED)产品上，为了不破坏有源层的InGaN材料，P型GaN层一般在较低温度下生长，导致其晶体质量下降，补偿效应加重，致使LED器件电压上升、亮度下降、抗静电能力(ESD)变差。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种使用delta掺杂的方法生长P型GaN层的LED外延层生长方法及制得的LED外延层，以提高P-GaN空穴浓度及其迁移率，从而改善LED器件的光电性能。为实现上述目的，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、生长有源层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:A、在温度为900-950 V，反应腔压力在200-600mbar的反应室内，通入30000-45000sccm 的 NH3、600_1800sccm 的 Cp2Mg,关闭 TMGa，做 10-20 秒掺 Mg 预处理；B、通入 20-60sccm 的 TMGa，关掉 Cp2Mg，生长 20-40 秒 GaN，GaN 厚度为 5-lOnm，重复步骤A、B10-20次，直至P型GaN层的总厚度为80_200nm ；Mg 的惨杂浓度 lE+19_lE+20atom/cm3。优选的，所述生长P型GaN层步骤之后包括生长低温掺镁InGaN层:温度650-680°C，反应腔压力维持在 300_500mbar，通入 NH3、TMGa、TMIn 和 Cp2Mg，持续生长2-5nm的低温掺镁InGaN层；Mg的掺杂浓度lE+20-lE+21atom/cm3。优选的，所述生长有源层MQW步骤为:反应腔压力维持在300_400mbar，C、降温至 700-750°C，生长厚度为 2.5-3.2nm 的 InxGa(1_x)N 阱层，x = 0.015-0.25，In的惨杂浓度为1E+20至5E+20atom/cm3 ；D、升高温度至800-850°C，生长厚度为8_12nm的GaN垒层；重复生长步骤C和D，制得周期数为10-15的InxGa(1_x)N/GaN超晶格量子阱层。本专利技术还公开了上述的LED外延层生长方法制得的LED外延层，包括delta掺杂P型GaN层，所述delta掺杂P型GaN层的总厚度为80_200nm:GaN 厚度为 5-lOnm, Mg 的惨杂浓度 lE+19_lE+20atom/cm3。本专利技术具有以下有益效果:传统的P-GaN生长是同时通入Ga源和Mg源实现，在生长过程中，Mg原子取代GaN形成Ga-N-Mg-N-Ga堆垛位错，随着掺Mg = GaN持续生长，位错不断延伸并增多，导致GaN表面平整性变差，影响LED器件的光电特性。本申请使用delta掺杂生长p型GaN层，掺杂生长过程中，Mg的掺入是在GaN的中断期间完成的，Ga-N-Mg-N-Ga堆垛位错不易蔓延，而随后GaN生长过程中没有Mg杂质的引入，堆垛位错不会继续蔓延、也不会形成新的堆垛位错，改善P型GaN层的结晶质量降低位错密度，减少自补偿效应，提高P-GaN空穴浓度及其迁移率，为LED器件发光有源区提供更多的空穴-电子对，提高复合几率，提升亮度，从而改善LED器件的光电性能。并且，本专利技术制备的P型GaN层的PR值高，说明GaN表面相当平整，P型GaN层与ITO的接触良好，有利于LED器件P电极的电流扩散，降低了 LED器件的工作电压。另外，本专利技术制备的P-GaN层缺陷密度小、晶体质量高，提高了 LED器件的抗静电能力(ESD)。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是本专利技术实施例与对比实施例的PR值对比图；图4是本专利技术实施例与对比实施例的ESD对比图；图5是本专利技术实施例与对比实施例的亮度对比图；图6是本专利技术实施例与对比实施例的电压对比图；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,MQff有源层，6、P 型 AlGaN 层，7、P 型 GaN 层，8、InGaN 接触层，9、delta 掺杂 P 型 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I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I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IOOmbar到800mbar之间。1、在1000-1100°C，反应腔压力维持在150_200mbar的氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底5-10分钟；2、降温至550-750°C下，反应腔压力维持在300-600mbar，通入NH3和TMGa，在蓝宝石衬底上生长厚度为30-60nm的低温缓冲层GaN ；3、升高温度到1100-1300°C下，反应腔压力维持在200-400mbar，通入NH3和TMGa，持续生长2-4 μ m的非掺杂GaN ；4、通入NH3、TMGa和SiH4,持续生长掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E+18-lE+19atom/cm3,总厚度控制在 2-4 μ m ；5、周期性生长有源层MQW，反应腔压力维持在300-400mbar，低温700_750°C，通入NH3、TEGa 和 TMIn，生长掺杂 In 的 2.8-3.5nm 的 InxGa(1_x)N(x = 0.15-0.25)层，In 的掺杂浓度为 lE+20-3E+20atom/cm3，高温 800_850°C通入NH3和 TEGa，生长 IO-1SnmGaN层，InxGa(Lx)N/GaN周期数为10-12 ；6、再升高温度到900-1000°C，反应腔压力维持在200-300mbar，通入NH3、TMGa、TMAl 和 Cp2Mg,持续生长 20-50nm 的 P 型 AlGaN 层，Al 的掺杂浓度 lE+20-3E+20atom/cm3，Mg的惨杂浓度 5E+18_lE+19atom/cm3 ；7、再升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED外延层生长方法，其特征在于，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、生长有源层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：A、在温度为900‑950℃，反应腔压力在200‑600mbar的反应室内，通入30000‑45000sccm的NH3、600‑1800sccm的Cp2Mg，关闭TMGa，做10‑20秒掺Mg预处理；B、通入20‑60sccm的TMGa，关掉Cp2Mg，生长20‑40秒GaN，GaN厚度为5‑10nm，重复步骤A、B10‑20次，直至P型GaN层的总厚度为80‑200nm；Mg的掺杂浓度1E+19‑1E+20atom/cm3。

【技术特征摘要】
1.一种LED外延层生长方法，其特征在于，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、生长有源层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: A、在温度为900-950V，反应腔压力在200-600mbar的反应室内，通入30000-45000sccm 的 NH3、600_1800sccm 的 Cp2Mg,关闭 TMGa，做 10-20 秒掺 Mg 预处理； B、通入20-60sccm 的 TMGa，关掉 Cp2Mg,生长 20-40 秒 GaN，GaN 厚度为 5-lOnm， 重复步骤A、B10-20次，直至P型GaN层的总厚度为80_200nm ； Mg 的惨杂浓度 lE+19_lE+20atom/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，所述生长P型GaN层步骤之后包括生长低温掺镁InGaN层: 温度650-680°C，反应腔压力维持在300-500mbar，通入NH3、TM...

【专利技术属性】
技术研发人员：农明涛，
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