提高LED发光效率的外延生长方法技术

本申请公开了一种提高LED发光效率的外延生长方法，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、生长发光层、生长P型AlGaN层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，尤其是，在所述生长掺杂Si的N型GaN层之后、所述生长发光层之前，还包括生长应力释放层。如此方案，在传统生长方法基础上加入应力释放层的生长，即InN/GaN/Si3N4超晶格层的生长，有利于提升LED的发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及LED外延设计应用
，具体地说，涉及一种提高LED发光效率的外延生长方法。
技术介绍
目前LED(Light Emitting Diode，发光二极管)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，如何生长更好的外延片日益受到重视，因为外延层晶体质量的提高，LED器件的性能可以得到提升，LED的发光效率、寿命、抗老化能力、抗静电能力、稳定性会随着外延层晶体质量的提升而提升。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，目前生长LED外延工艺方面主要是不断通过改善外延片的晶体质量来不断提高LED器件的性能。传统LED外延层的生长方法为(外延层结构参见图2)：1、在1000℃-1100℃的H2气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底8min-10min。2、降温至500-600℃下，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为10000sccm-20000sccm的NH3、50sccm-100sccm的TMGa、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。3、升高温度到1000℃-1200℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm(sccm为标准毫升每分钟)的NH3、
200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、持续生长2μm-4μm的不掺杂GaN层。4、保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、20sccm-50sccm的SiH4，持续生长3μm-4μm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3(5E19代表5的19次方，也就是519，1E20代表1020，以下表示方式以此类推)。5、保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、2sccm-10sccm的SiH4，持续生长200nm-400nm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E18atoms/cm3-1E19atoms/cm3。6、保持反应腔压力300mbar-400mbar、温度700℃-750℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-40sccm的TMGa、1500sccm-2000sccm的TMIn、100L/min-130L/min的N2，生长掺杂In的2.5nm-3.5nm的InxGa(1-x)N层，x＝0.20-0.25，发光波长450nm-455nm；接着升高温度至750℃-850℃，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的N2，生长8nm-15nm的GaN层；重复InxGa(1-x)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为7-15个。7、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、1000sccm-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。8、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、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的掺Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。9、最后降温至650℃-680℃，保温20min-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。传统方法制作的LED亮度和光效是有限的，市场上对LED亮度和光效的需求与日俱增，因此，如何生长发光效率更高的LED外延片日益受到重视。
技术实现思路
有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种提高LED发光效率的外延生长方法，在传统生长方法基础上加入应力释放层的生长，即InN/GaN/Si3N4超晶格层的生长，有利于提升LED的发光效率。为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：一种提高LED发光效率的外延生长方法，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，在所述生长掺杂Si的N型GaN层之后、所述生长发光层之前，还包括生长应力释放层，所述生长应力释放层，进一步为：保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、40sccm-50sccm的TMGa、10sccm-13sccm的SiH4、2000sccm-2500sccm的TMIn、130L/min-140L/min的N2，周期性生长InN/GaN/Si3N4超晶格层，进一步为：保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、40sccm-50sccm的TMGa、10sccm-13sccm的SiH4、130L/min-140L/min的N2，生长50nm-70nm掺杂Si的GaN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3；保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、10sccm-13sccm的SiH4、2000sccm-2500sccm
的TMIn、130L/min-140L/min的N2，生长5nm-8nm掺杂Si的InN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3；保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高LED发光效率的外延生长方法，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，在所述生长掺杂Si的N型GaN层之后、所述生长发光层之前，还包括生长应力释放层，所述生长应力释放层，进一步为：保持反应腔压力400mbar‑500mbar，温度850℃‑950℃，通入流量为70000sccm‑80000sccm的NH3、40sccm‑50sccm的TMGa、10sccm‑13sccm的SiH4、2000sccm‑2500sccm的TMIn、130L/min‑140L/min的N2，周期性生长InN/GaN/Si3N4超晶格层，进一步为：保持反应腔压力400mbar‑500mbar，温度850℃‑950℃，通入流量为70000sccm‑80000sccm的NH3、40sccm‑50sccm的TMGa、10sccm‑13sccm的SiH4、130L/min‑140L/min的N2，生长50nm‑70nm掺杂Si的GaN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3‑8E18atoms/cm3；保持反应腔压力400mbar‑500mbar，温度850℃‑950℃，通入流量为70000sccm‑80000sccm的NH3、10sccm‑13sccm的SiH4、2000sccm‑2500sccm的TMIn、130L/min‑140L/min的N2，生长5nm‑8nm掺杂Si的InN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3‑8E18atoms/cm3；保持反应腔压力400mbar‑500mbar，温度850℃‑950℃，通入流量为70000sccm‑80000sccm的NH3、100L/min‑130L/min的H2、10sccm的SiH4，生长10nm‑15nm的Si3N4层。...

【技术特征摘要】
1.一种提高LED发光效率的外延生长方法，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，在所述生长掺杂Si的N型GaN层之后、所述生长发光层之前，还包括生长应力释放层，所述生长应力释放层，进一步为：保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、40sccm-50sccm的TMGa、10sccm-13sccm的SiH4、2000sccm-2500sccm的TMIn、130L/min-140L/min的N2，周期性生长InN/GaN/Si3N4超晶格层，进一步为：保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、40sccm-50sccm的TMGa、10sccm-13sccm的SiH4、130L/min-140L/min的N2，生长50nm-70nm掺杂Si的GaN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3；保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、10sccm-13sccm的SiH4、2000sccm-2500sccm的TMIn、130L/min-140L/min的N2，生长5nm-8nm掺杂Si的InN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3；保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、10sccm的SiH4，生长10nm-15nm的Si3N4层。2.根据权利要求1所述提高LED发光效率的外延生长方法，其特征在于，所述处理衬底，进一步为：在1000℃-1100℃的H2气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底8min-10min。3.根据权利要求1所述提高LED发光效率的外延生长方法，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、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。4.根据权利要求1所述提高LED发光效率的外延生长方法，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、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所述提高LED发光效率的外延生长方法，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、温...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏玺华，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