一种提高LED器件光效的外延生长方法技术

本申请公开了一种提高LED器件光效的外延生长方法，包括步骤：处理蓝宝石衬底；生长低温缓冲层；低温缓冲层退火处理；生长不掺杂Si的N型GaN层；生长第一掺杂Si的N型GaN层；生长第二掺杂Si的N型GaN层；生长发光层；生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层；生长高温掺杂Mg的P型GaN层；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。本发明专利技术采用新的材料pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层作为新的电子阻挡层，利用In的原子活性减少Mg的激活能，提高Mg的激活效率，超晶格内通过pInN的过渡实现pAlGaN向pInGaN能带平滑过渡，解决了pAlGaN和pInGaN晶格适配大导致接触界面能带差高引起的空穴注入受到阻挡的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种提高LED器件光效的外延生长方法
本专利技术涉及半导体照明
，具体地说，是涉及一种提升LED光效性能的外延生长方法。
技术介绍
目前LED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，现有技术的LED外延电子阻挡层pAlGaN存在诸多缺点，Mg在AlGaN材料中激活能非常高，Mg的激活效率非常低，空穴浓度低，空穴在高能带的AlGaN材料中迁移率非常低，空穴的传输注入效率低下，由此导致LED的发光效率降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是采用pAlGaN/InMgN/pInGaN超晶格层代替原来的pAlGaN材料，有效的保留电子阻挡能力又能弥补和改善传统电子阻挡层不足之处，大幅度提升Mg的掺杂效率和激活效率，空穴浓度得到提升，LED亮度得到提升，更好地满足市场的需求。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种提高LED器件光效的外延生长方法，包括步骤：处理蓝宝石衬底；生长低温缓冲层；低温缓冲层退火处理；生长不掺杂Si的N型GaN层；生长第一掺杂Si的N型GaN层；生长第二掺杂Si的N型GaN层；生长发光层；生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层，包括以下步骤：生长pAlGaN层：保持反应腔压力250-450mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、40-65sccm的TMGa、110-140L/min的H2、120-140sccm的TMAl、1000-1800sccm的Cp2Mg，生长2-5nm的pAlGaN层，Al掺杂浓度1×1020-3×1020atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3；生长pInN层：保持反应腔压力250-450mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMIn、100-130L/min的N2、1000-1800sccm的Cp2Mg，生长2-5nm的pInN层，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3；生长pInGaN层：保持反应腔压力250-450mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、40-65sccm的TMGa、110-140L/min的H2、1000-1500sccm的TMIn、1000-1800sccm的Cp2Mg，生长2-5nm的pInGaN层，In掺杂浓度1×1019-5×1019atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3；生长高温掺杂Mg的P型GaN层；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。优选地，所述生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层为周期性生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层，周期数为5-9。优选地，所述处理蓝宝石衬底，进一步为，在1000-1100℃的的氢气气氛下，通入100-130L/min的H2，保持反应腔压力100-300mbar，处理蓝宝石衬底8-10分钟。优选地，所述生长低温缓冲层，进一步为，降温至500-600℃下，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为10000-20000sccm的NH3、50-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2、在蓝宝石衬底上生长厚度为20-40nm的低温缓冲层。优选地，所述低温缓冲层退火处理，进一步为，升高温度1000-1100℃下，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、100-130L/min的H2、保持温度稳定持续300-500℃，使得低温缓冲层腐蚀成不规则小岛。优选地，所述生长不掺杂Si的N型GaN层，进一步为，升高温度到1000-1200℃，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、持续生长2-4μm的不掺杂Si的N型GaN层。优选地，所述生长第一掺杂Si的N型GaN层，进一步为，保持反应腔压力300-600mbar、温度1000-1200℃不变，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第一掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5×1018atom/cm3-1×1019atom/cm3。优选地，所述生长第二掺杂Si的N型GaN层，进一步为，保持反应腔压力300-600mbar、温度1000-1200℃不变，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第二掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5×1017atom/cm3-1×1018atom/cm3。优选地，所述生长发光层，进一步为，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层，其中x在0.20-0.25之间，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；然后重复生长InxGa(1-x)N层，重复生长GaN层，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为7-15。优选地，所述生长高温掺杂Mg的P型GaN层，进一步为，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的高温掺杂Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3。与现有技术相比，本专利技术所述的提高LED器件光效的外延生长方法，达到了如下效果：本专利技术采用新的材料pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层作为新的电子阻挡层，利用In的原子活性减少Mg的激活能，提高Mg的激活效率，超晶格内通过pInN的过渡实现pAlGaN向pInGaN能带平滑过渡，解决了pAlGaN和pInGaN晶格适配大导致接触界面能带差高引起的空穴注入受到阻挡的问题，pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层比传统的pAlGaN、Mg的激活效率提升，空穴浓度提高，空穴注入效率提高，LED器件的光效得到提升。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，包括步骤：处理蓝宝石衬底；生长低温缓冲层；低温缓冲层退火处理；生长不掺杂Si的N型GaN层；生长第一掺杂Si的N型GaN层；生长第二掺杂Si的N型GaN层；生长发光层；生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层，包括以下步骤：生长pAlGaN层：保持反应腔压力250‑450mbar、温度900‑950℃，通入流量为50000‑70000sccm的NH3、40‑65sccm的TMGa、110‑140L/min的H2、120‑140sccm的TMAl、1000‑1800sccm的Cp2Mg，生长2‑5nm的pAlGaN层，Al掺杂浓度1×1020‑3×1020atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1019‑1×1020atom/cm3；生长pInN层：保持反应腔压力250‑450mbar、温度900‑950℃，通入流量为50000‑70000sccm的NH3、30‑60sccm的TMIn、100‑130L/min的N2、1000‑1800sccm的Cp2Mg，生长2‑5nm的pInN层，Mg掺杂浓度1×1019‑1×1020atom/cm3；生长pInGaN层：保持反应腔压力250‑450mbar、温度900‑950℃，通入流量为50000‑70000sccm的NH3、40‑65sccm的TMGa、110‑140L/min的H2、1000‑1500sccm的TMIn、1000‑1800sccm的Cp2Mg，生长2‑5nm的pInGaN层，In掺杂浓度1×1019‑5×1019atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1019‑1×1020atom/cm3；生长高温掺杂Mg的P型GaN层；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。...

【技术特征摘要】
1.一种提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，包括步骤：处理蓝宝石衬底；生长低温缓冲层；低温缓冲层退火处理；生长不掺杂Si的N型GaN层；生长第一掺杂Si的N型GaN层；生长第二掺杂Si的N型GaN层；生长发光层；生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层，包括以下步骤：生长pAlGaN层：保持反应腔压力250-450mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、40-65sccm的TMGa、110-140L/min的H2、120-140sccm的TMAl、1000-1800sccm的Cp2Mg，生长2-5nm的pAlGaN层，Al掺杂浓度1×1020-3×1020atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3；生长pInN层：保持反应腔压力250-450mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMIn、100-130L/min的N2、1000-1800sccm的Cp2Mg，生长2-5nm的pInN层，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3；生长pInGaN层：保持反应腔压力250-450mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、40-65sccm的TMGa、110-140L/min的H2、1000-1500sccm的TMIn、1000-1800sccm的Cp2Mg，生长2-5nm的pInGaN层，In掺杂浓度1×1019-5×1019atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3；生长高温掺杂Mg的P型GaN层；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。2.根据权利要求1所述的提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，所述生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层为周期性生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层，周期数为5-9。3.根据权利要求1所述的提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，所述处理蓝宝石衬底，进一步为，在1000-1100℃的的氢气气氛下，通入100-130L/min的H2，保持反应腔压力100-300mbar，处理蓝宝石衬底8-10分钟。4.根据权利要求1所述的提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，所述生长低温缓冲层，进一步为，降温至500-600℃下，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为10000-20000sccm的NH3、50-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20-40nm的低温缓冲层。5.根据权利要求1所述的提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，所述低温缓冲层退火处理，进一步为，升高温度1000-1100℃下，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、10...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐平，苗振林，卢国军，
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