提高光效的LED外延生长方法技术

本申请公开了一种提高光效的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p型AlGaN层、生长高温p型GaN层、生长p型GaN接触层、降温冷却。生长高温p型GaN层的过程中，把传统的P型GaN层，设计为Mg浓度高低生长的超晶格结构，目的是通过先提高Mg浓度，提供较多空穴，又通过降低Mg浓度，提高材料结晶质量，提高空穴迁移率，通过交替超晶格生长，从而提高量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，进而提高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，涉及一种提高光效的LED外延生长方法。
技术介绍
目前LED(LightEmittingDiode，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。LED市场上现在要求LED芯片驱动电压低，特别是大电流下驱动电压越小越好、光效越高越好；LED市场价值的体现为(光效)/单价，光效越好，价格越高，所以LED高光效一直是LED厂家和院校LED研究所所追求的目标。高光效意味着光功率高、驱动电压低，但光功率一定程度上受到P层空穴浓度的限制，驱动电压一定程度上受到P层空穴迁移率的限制，注入的空穴浓度增加，发光层空穴和电子的复合效率增加，高光功率增加，P层空穴迁移率增加驱动电压才能降低。
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光效的LED外延生长方法，把传统的P型GaN层，设计为Mg浓度高低掺杂生长的超晶格结构，目的是通过先提高Mg浓度，提供较多空穴，又通过降低Mg浓度，提高材料结晶质量，提高空穴迁移率，通过交替超晶格生长，从而提高量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，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：一种提高光效的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p型AlGaN层、生长高温p型GaN层、生长p型GaN接触层、降温冷却，所述生长高温p型GaN层，具体为：将TMGa和CP2Mg作为MO源，保持反应腔压力为100Torr-500Torr，生长温度为850℃-1000℃，先通入流量为0sccm-200sccm的CP2Mg，生长厚度为2nm-10nm的第一GaN:Mg层；再通入流量为200sccm-1000sccm的CP2Mg，生长厚度为2nm-10nm的第二GaN:Mg层；反复生长所述第一GaN:Mg层和所述第二GaN:Mg层，生长周期为2-50，所述第一GaN:Mg层和所述第二GaN:Mg层的总厚度为40nm-200nm，其中，Mg掺杂浓度为1018cm-3-1020cm-3。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p型AlGaN层，具体为：保持反应腔压力20Torr-200Torr、生长温度900℃-1100℃，生长时间为3min-10min，通入TMAl、TMGa和Cp2Mg作为MO源，持续生长厚度为50nm-200nm的p型AlGaN层，其中，Al的摩尔组分为10％-30％，Mg掺杂浓度为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：本专利技术提高光效的LED外延生长方法，与传统方法相比，把传统的P型GaN层，设计为Mg浓度高低生长的超晶格结构，目的是通过先提高Mg浓度，提供较多空穴，又通过降低Mg浓度，提高材料结晶质量，提高空穴迁移率，通过交替超晶格生长，从而提高量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，进而提高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为本专利技术提高光效的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、p型AlGaN层，7、Mg浓度高低生长的高温P型GaN层，7.1、高Mg浓度GaN层，7.2、低Mg浓度GaN层，8、Mg:GaN接触层，9、普通高温P型GaN层。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的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高光效的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p型AlGaN层、生长高温p型GaN层、生长p型GaN接触层、降温冷却，所述生长高温p型GaN层，具体为：将TMGa和CP2Mg作为MO源，保持反应腔压力为100Torr‑500Torr，生长温度为850℃‑1000℃，先通入流量为0sccm‑200sccm的CP2Mg，生长厚度为2nm‑10nm的第一GaN:Mg层；再通入流量为200sccm‑1000sccm的CP2Mg，生长厚度为2nm‑10nm的第二GaN:Mg层；反复生长所述第一GaN:Mg层和所述第二GaN:Mg层，生长周期为2‑50，所述第一GaN:Mg层和所述第二GaN:Mg层的总厚度为40nm‑200nm，其中，Mg掺杂浓度为1018cm‑3‑1020cm‑3。

【技术特征摘要】
1.一种提高光效的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p型AlGaN层、生长高温p型GaN层、生长p型GaN接触层、降温冷却，所述生长高温p型GaN层，具体为：将TMGa和CP2Mg作为MO源，保持反应腔压力为100Torr-500Torr，生长温度为850℃-1000℃，先通入流量为0sccm-200sccm的CP2Mg，生长厚度为2nm-10nm的第一GaN:Mg层；再通入流量为200sccm-1000sccm的CP2Mg，生长厚度为2nm-10nm的第二GaN:Mg层；反复生长所述第一GaN:Mg层和所述第二GaN:Mg层，生长周期为2-50，所述第一GaN:Mg层和所述第二GaN:Mg层的总厚度为40nm-200nm，其中，Mg掺杂浓度为1018cm-3-1020cm-3。2.根据权利要求1所述提高光效的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所述提高光效的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所述提高光效的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-500Torr，生长厚度为1μm-3μm的非掺杂u-GaN层。5.根据权利要求1所述提高光效的LED外延生长方法，其特征在于，所述生长...

【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