一种提高LED外延晶体质量的外延生长方法技术

本申请公开了一种提高LED外延晶体质量的外延生长方法，包括步骤：放入AlN衬底，保持反应腔压力100-200mbar，通入流量为10000-20000sccm的NH3、100-130L/min的H2，反应腔温度升高到900-1000℃；生长第一U型渐变GaN层；生长第二U型渐变GaN层；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；生长掺杂Mg、Al的P型AlGaN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了AlN基板高温渐变GaN的生长方法，该方法有效地的解决了AlN到GaN材料的过渡，生长的GaN晶体质量得到提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体照明
，具体地说，是涉及一种LED外延晶体质量的外 延生长方法。
技术介绍
目前国内LED行业正在蓬勃的发展，LED产品具有节能、环保、寿命长等优点； LED外延厂家目前大部分采用蓝宝石PSS衬底生长外延，PSS生长外延还是在外 延层中存在很大密度的缺陷，新一代的衬底基板A1N模板已经被研发出来，制作工艺为在 原来蓝宝石PSS衬底上通过溅射原理蒸镀一层A1N材料，A1N材料取代原来的低温GaN，使 得外延生长简单化，只需要直接在A1N模板生长实现高温GaN的生长，不需要进行原来低温 GaN以及低温GaN被腐蚀成小岛，然后高温生长GaN步骤；A1N模板生长的LED外延层晶体 质量得到提升，发光层晶体质量得到提升，带来的好处是A1N模板生长外延层制作的LED光 效好、亮度高、电压低，反向电压高、抗静电能力进一步加强，总体来说A1N模板的运用使得 LED产品品质上一个新的台阶。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种好的外延生长方法，使得A1N模板可以实 现量产化，并且发挥A1N模板在LED制作中的优点。 为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种提高LED外延晶体质量的外延生长方 法，包括步骤： 放入A1N衬底，保持反应腔压力100-200mbar，通入流量为10000-20000sccm的 NH3、100-130L/min 的 H2,反应腔温度升高到 900-1000°C ; 生长第一 U 型渐变 GaN 层：通入流量为 30000-40000sccm 的 NH3、100-130L/min 的 H2,反应腔温度到900-1000°C渐变至1000-1100°C，同时反应腔压力从100_150mbar渐变至 600-700mbar，同时通入TMGa从50-70sccm渐变至200-250sccm，压力、温度、TMGa同时渐 变，且渐变的时间为120-150S ; 生长第二 U 型渐变 GaN 层：通入流量为 30000-40000sccm 的 NH3、100-130L/ min的H2,反应腔温度到1100-1200 °C渐变至1200-1350 °C，同时反应腔压力维持稳定 600-700mbar，同时通入TMGa从200-250sccm渐变至300-400sccm，温度、TMGa同时渐变，且 渐变的时间为900-1000s ; 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； 生长掺杂Mg、A1的P型AlGaN层； 生长高温掺杂Mg的P型GaN层； 最后降温至650-680°C，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，所述渐变为为线性渐变，渐变斜率等于渐变前后的生长条件差值除以渐 变时间。 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1200-1400 °C，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 2-4 μ m 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， 生长掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔压力300-600mbar、温度1200-1400°C，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3-4 μ m第一掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5 X 1018atoms/ cm3_lX 1019atoms/cm3〇 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 1200-1400°C，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 第二惨杂 Si 的 N 型 GaN 层，Si 惨杂浓度 5 X 1017atoms/cm3_l X 1018atoms/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°C，通入流量为50000-70000sccm的 NH3、20-40sccm 的 TMGa、1500-2000sccm 的 TMIn 和 100-130L/min 的 N2,生长 2. 5-3. 5nm 掺杂In的InxGa(l-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°C，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(l-x)N 层，重复生长GaN层，交替生长InxGa(l-X)N/GaN发光层，控制周期数为7-15。 优选地，所述生长掺杂Mg、A1的P型AlGaN层，进一步为， 保持反应腔压力 200-400mbar、温度 900-950°C，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掺杂Mg、A1的P型AlGaN层，A1掺杂浓度IX 102°atoms/ cm3_3 X 102°atoms/cm3, Mg 惨杂浓度 1 X 1019atoms/cm3_l X 102°atoms/cm3。 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°C，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 50-100nm 高温掺杂 Mg 的 P 型 GaN 层，Mg 掺杂浓度 1 X 1019atoms/cm3-l X 102°atoms/cm3〇 与现有技术相比，本专利技术所述的提高LED外延晶体质量的外延生长方法，达到了 如下效果： 本专利技术采用了 A1N基板高温渐变GaN的生长方法，该方法有效地的解决了 A1N到 GaN材料的过渡，生长的GaN晶体质量得到提升，而且u型GaN (即不掺杂SI的GaN)、η型 GaN生长的翘曲度得到改善，翘曲为生长过程中外延层BOW值，好处是波长命中率提升，发 光层的晶体质量变好，P层的掺杂效率提高，晶体质量提高，空穴的迀移率提升，整体的优势 在于LED亮度会增加，发光层的晶体质量变好，波长命中率高、电压会下降（pGaN的空穴迀 移率提升），反向电压上升（PN结晶体质量的提升）、抗静电能力的提升（PN结晶体质量的 提升）。【附图说明】 此处所说明的附图用来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高LED外延晶体质量的外延生长方法，其特征在于，包括步骤：放入AlN衬底，保持反应腔压力100‑200mbar，通入流量为10000‑20000sccm的NH3、100‑130L/min的H2，反应腔温度升高到900‑1000℃；生长第一U型渐变GaN层：通入流量为30000‑40000sccm的NH3、100‑130L/min的H2，反应腔温度到900‑1000℃渐变至1000‑1100℃，同时反应腔压力从100‑150mbar渐变至600‑700mbar，同时通入TMGa从50‑70sccm渐变至200‑250sccm，压力、温度、TMGa同时渐变，且渐变的时间为120‑150s；生长第二U型渐变GaN层：通入流量为30000‑40000sccm的NH3、100‑130L/min的H2，反应腔温度到1100‑1200℃渐变至1200‑1350℃，同时反应腔压力维持稳定600‑700mbar，同时通入TMGa从200‑250sccm渐变至300‑400sccm，温度、TMGa同时渐变，且渐变的时间为900‑1000s；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；生长掺杂Mg、Al的P型AlGaN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。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，苗振林，
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