LED外延生长方法技术

本申请公开了一种LED外延生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温GaN成核层、生长高温缓冲层GaN、生长非掺杂u‑GaN层、生长掺杂Si的n‑GaN层、生长发光层、生长i‑AlGaN层和p‑InGaN层的交替生长结构、生长高温p型GaN层、生长p型GaN接触层、降温冷却。如此方案，把传统的LED外延电子阻挡层，设计为低压高温的i‑AlGaN层和高压低温的p‑InGaN层的交替层生长结构，既起到电子阻挡效果，又有助于空穴注入水平的增加，从而提高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LED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，客户关注的是LED更省电，亮度更高、光效更好，这就为LED外延生长提出了更高的要求；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。在InGaN/GaN基发光二极管(LED)材料结构中，p-AlGaN层通常位于量子阱与p型GaN之间，其作用是作为电子阻挡层将电子限定在量子阱区域，以克服在大电流密度注入条件下，电子溢出量子阱导致发光效率下降等问题。通常情况下，p-AlGaN层的生长存在很多困难，如材料晶体质量差、晶格失配及掺杂物激活率低等，而且p-AlGaN层掺入效率低下、空穴注入不足。
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LED外延生长方法，把传统的LED外延电子阻挡层，设计为低压高温的i-AlGaN层和高压低温的p-InGaN层的交替层生长结构，既起到电子阻挡效果，又有助于空穴注入水平的增加，从而提高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LED外延生长方法，其特征在于，依次包括：处理衬底、生长低温GaN成核层、生长高温缓冲层GaN、生长非掺杂u-GaN层、生长掺杂Si的n-GaN层、生长发光层、生长高温p型GaN层、生长p型GaN接触层、降温冷却，在所述生长发光层之后、生长高温p型GaN层之前，还包括：生长i-AlGaN层和p-InGaN层的交替生长结构，所述生长i-AlGaN层和p-InGaN层的交替生长结构，具体为：在反应腔中通入MO源，所述MO源为TMAl、TMGa、TMIn和CP2Mg，保持反应腔压力20Torr-200Torr、保持生长温度900℃-1100℃，单层生长厚度为1nm-10nm的i-AlGaN层，其中，Al的摩尔组分为10％-30％；保持反应腔压力200Torr-1000Torr、保持生长温度750℃-900℃，单层生长厚度为1nm-10nm的p-InGaN层，其中，In的摩尔组分为2％-20％，Mg掺杂浓度为1018cm-3-1021cm-3；周期性生长所述i-AlGaN层和所述p-InGaN层，生长周期为2-50，生长所述i-AlGaN层和生长所述p-InGaN层的顺序可互换。优选地，其中：所述生长低温GaN成核层，具体为：将温度下降到500℃-620℃，通入NH3和TMGa，保持反应腔压力400Torr-650Torr，生长厚度为20nm-40nm的低温GaN成核层。优选地，其中：所述生长高温缓冲层GaN，具体为：低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000℃-1100℃，退火时间为5min-10min；退火之后，将温度调节至900℃-1050℃，保持反应腔压力400Torr-650Torr，继续通入TMGa，外延生长厚度为0.2μm-1μm的高温缓冲层GaN。优选地，其中：所述生长非掺杂u-GaN层，具体为：高温缓冲层GaN生长结束后，通入NH3和TMGa，保持温度为1050℃-1200℃，保持反应腔压力100Torr-500Torr，生长厚度为1μm-3μm的非掺杂u-GaN层。优选地，其中：所述生长掺杂Si的N型GaN层，具体为：高温非掺杂u-GaN层生长结束后，通入NH3、TMGa和SiH4，生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层，厚度为2μm-4μm，生长温度为1050℃-1200℃，生长压力为100Torr-600Torr，Si掺杂浓度为8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3。优选地，其中：所述生长发光层，具体为：掺杂Si的n-GaN层生长结束后，通入TEGa、TMIn和SiH4作为MO源，生长5-15个周期的InyGa1-y/GaN阱垒结构，其中，量子阱InyGa1-y(y＝0.1-0.3)层的厚度为2nm-5nm，生长温度为700℃-800℃，生长压力为100Torr-500Torr，垒层GaN的厚度为8nm-15nm，生长温度为800℃-950℃，生长压力为100Torr-500Torr，垒层中Si的掺杂浓度为8E16atoms/cm3-6E17atoms/cm3。优选地，其中：所述生长高温p型GaN层，具体为：保持反应腔压力100Torr-500Torr、生长温度850℃-1000℃，通入TMGa和Cp2Mg作为MO源，持续生长厚度为100nm-800nm的p型AlGaN层，其中，Mg掺杂浓度1E18atoms/cm3-1E21atoms/cm3。优选地，其中：所述生长p型GaN接触层，具体为：保持反应腔压力100Torr-500Torr、生长温度850℃-1050℃，通入TEGa和Cp2Mg作为MO源，持续生长5nm-20nm的p型GaN接触层，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E22atoms/cm3。优选地，其中：所述降温冷却，具体为：将反应室的温度降至650℃-800℃，采用纯N2氛围进行退火处理5min-10min，然后降至室温，结束生长。与现有技术相比，本申请所述的方法，达到了如下效果：本专利技术LED外延生长方法，与传统方法相比，把传统的LED外延电子阻挡层，设计为低压高温的i-AlGaN层和高压低温的p-InGaN层的交替层生长结构，目的是先通过低压高温生长i-AlGaN层，提高Al的掺杂效率及提高该层的结晶质量，以达到电子阻挡效果，又通过高压低温生长p-InGaN层，提高In的并入效率。通过AlGaN\\InGaN异质结层，形成极化效应，可以有效地阻挡电子进入非辐射复合区域，同时使得空穴更好地横向扩展，既起到电子阻挡效果，又有助于空穴注入水平的增加，从而提高LED的发光效率。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本专利技术LED外延生长方法的流程图；图2为本专利技术中LED外延层的结构示意图；图3为对比实施例中LED外延层的结构示意图；图4为30mil*30mil芯片亮度分布图；图5为30mil*30mil芯片电压分布图；其中，1、基板，2、缓冲层GaN，3、U型GaN层，4、n型GaN层，5、量子阱发光层，6、i-AlGaN/p-InGaN交替生长层，6.1、i-AlGaN层，6.2、p-InGaN层，7、高温P型GaN层，8、Mg:GaN接触层，9、电子阻挡层PAlGaN。具体实施方式如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED外延生长方法，其特征在于，依次包括：处理衬底、生长低温GaN成核层、生长高温缓冲层GaN、生长非掺杂u‑GaN层、生长掺杂Si的n‑GaN层、生长发光层、生长高温p型GaN层、生长p型GaN接触层、降温冷却，在所述生长发光层之后、生长高温p型GaN层之前，还包括：生长i‑AlGaN层和p‑InGaN层的交替生长结构，所述生长i‑AlGaN层和p‑InGaN层的交替生长结构，具体为：在反应腔中通入MO源，所述MO源为TMAl、TMGa、TMIn和CP2Mg，保持反应腔压力20Torr‑200Torr、保持生长温度900℃‑1100℃，单层生长厚度为1nm‑10nm的i‑AlGaN层，其中，Al的摩尔组分为10％‑30％；保持反应腔压力200Torr‑1000Torr、保持生长温度750℃‑900℃，单层生长厚度为1nm‑10nm的p‑InGaN层，其中，In的摩尔组分为2％‑20％，Mg掺杂浓度为1018cm‑3‑1021cm‑3；周期性生长所述i‑AlGaN层和所述p‑InGaN层，生长周期为2‑50，生长所述i‑AlGaN层和生长所述p‑InGaN层的顺序可互换。

【技术特征摘要】
1.一种LED外延生长方法，其特征在于，依次包括：处理衬底、生长低温GaN成核层、生长高温缓冲层GaN、生长非掺杂u-GaN层、生长掺杂Si的n-GaN层、生长发光层、生长高温p型GaN层、生长p型GaN接触层、降温冷却，在所述生长发光层之后、生长高温p型GaN层之前，还包括：生长i-AlGaN层和p-InGaN层的交替生长结构，所述生长i-AlGaN层和p-InGaN层的交替生长结构，具体为：在反应腔中通入MO源，所述MO源为TMAl、TMGa、TMIn和CP2Mg，保持反应腔压力20Torr-200Torr、保持生长温度900℃-1100℃，单层生长厚度为1nm-10nm的i-AlGaN层，其中，Al的摩尔组分为10％-30％；保持反应腔压力200Torr-1000Torr、保持生长温度750℃-900℃，单层生长厚度为1nm-10nm的p-InGaN层，其中，In的摩尔组分为2％-20％，Mg掺杂浓度为1018cm-3-1021cm-3；周期性生长所述i-AlGaN层和所述p-InGaN层，生长周期为2-50，生长所述i-AlGaN层和生长所述p-InGaN层的顺序可互换。2.根据权利要求1所述LED外延生长方法，其特征在于，所述生长低温GaN成核层，具体为：将温度下降到500℃-620℃，通入NH3和TMGa，保持反应腔压力400Torr-650Torr，生长厚度为20nm-40nm的低温GaN成核层。3.根据权利要求1所述LED外延生长方法，其特征在于，所述生长高温缓冲层GaN，具体为：低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000℃-1100℃，退火时间为5min-10min；退火之后，将温度调节至900℃-1050℃，保持反应腔压力400Torr-650Torr，继续通入TMGa，外延生长厚度为0.2μm-1μm的高温缓冲层GaN。4.根据权利要求1所述LED外延生长方法，其特征在于，所述生长非掺杂u-GaN层，具体为：高温缓冲层GaN生长结束后，通入NH3和TMGa，保持温度为1050℃-1200℃，保持反应腔压力100Torr-...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐平，林传强，
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