复合P型GaN层的LED外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了复合P型GaN层的LED外延结构及其制备方法，该LED外延结构的P型GaN层具体依次包括：第一P型GaN层，厚度为40～80nm；第二P型GaN层，厚度为30～70nm；第三P型GaN层，厚度为4‑10nm。本申请P型GaN层结构通过同时掺入n型和P型掺杂剂的方法，起到两个作用：增加掺杂剂的溶解度(降低掺杂剂的形成能)来抑制自补偿效应；降低受主能级来提升激活率；从而起到很好的抑制P型GaN层的自补偿效应，提升空穴浓度，达到提升GaN器件的发光效率和电性的目的。

LED epitaxial structure of composite P type GaN layer and preparation method thereof

The present invention provides LED epitaxial structure and preparation method of composite P type GaN layer, the LED epitaxial structure of the P type GaN layer concrete comprises: a first P GaN layer, the thickness of 40 to 80nm; second P GaN layer, the thickness of 30 to 70nm; third P type GaN layer thickness is 4 10nm. The application of P type GaN layer structure by adding n type and P type dopant, play two roles: to increase the solubility of dopants (reduced form dopant can) to suppress the self compensation effect; reduce the acceptor level to improve the activation rate; so as to inhibit the self compensation effect of P type GaN a good layer, enhance the hole concentration, GaN can improve the luminescence efficiency of the device and electrical purposes.

【技术实现步骤摘要】
复合P型GaN层的LED外延结构及其制备方法
本专利技术涉及半导体照明
，特别地，涉及一种复合P型GaN层的LED外延结构及其制备方法。
技术介绍
GaN发光二极管(LED)作为一种高效、环保和绿色新型固态照明光源，具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高及使用功耗低等特性被广泛应用于户外显示屏、车灯、交通信号灯、景观照明、背光源等领域。制作GaN器件均涉及到掺杂问题，GaN掺Si可以很容易实现n型，电子浓度达到1015～1020cm3，室温迁移率超过300cm2/V·s。但P型掺Mg会在生产过程中出现很多问题，空穴浓度只有1017～1018cm3，迁移率不到10cm2/V·s，掺杂效率只有0.1％～1％，不能很好满足器件要求。一般认为阻碍GaN器件发展的主要因素：一是H原子对Mg的钝化作用，二是Mg自身较高的离化能，三是高背景施主浓度的自补偿效应。H原子对Mg的钝化作用曾经是制约P型GaN掺杂的技术难题，快速热退火激活P型GAN层技术成功突破了该技术难题。所以，用MOCVD技术生长的P型GaN时，一方面降低受主Mg原子具有很高的受主激活能，另一方面高掺Mg时，降低P型GaN存在本征施主自补偿效应。成为如何提高P型GAN层GaN结构的空穴浓度，是提高LED器件发光效率的关键，也是目前研究GaN基LED芯片又一个重要的课题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种复合P型GaN层的LED外延结构及其制备方法，以解决P型GAN层GaN结构的空穴浓度不高的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种复合P型GaN层的LED外延结构的制备方法，依次包括处理衬底、生长缓冲层、生长u型GaN层、生长n型GaN层、生长MQW有源层、生长电子阻挡层、生长P型GaN层步骤，其中，生长P型GaN层步骤具体包括以下步骤：B1、反应室压力为400-700mbar，温度为1000-1070℃，N2气氛下，在电子阻挡层上生长低Mg掺杂浓度的第一P型GaN层，B2、反应室压力不变，温度为1070-1140℃，H2和N2混合气氛下，在步骤B1所得的第一P型GaN层上，生长Mg和Si共掺杂的P型GaN作为第二P型GaN层，B3、反应室压力为200-400mbar，温度和气氛不变，在步骤B2所得的第二P型GaN层上，生长高Mg掺杂浓度的P型GaN作为第三P型GaN层。优选的，生长电子阻挡层步骤具体包括以下步骤：A1、生长温度为860-920℃，在MQW有源层上生长掺Mg的P型AlGaN层，作为势垒层；A2、保持温度不变，在P型AlGaN层上生长In型GaN层作为势阱层；步骤A1和A2周期性重复。优选的，所述P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层Mg浓度高于所述第一P型GaN层中Mg的浓度，与所述第二P型GaN层中Mg的浓度相近。优选的，所述第一P型GaN层中Mg的浓度小于所述第二P型GaN层中Mg的浓度；所述第二P型GaN层中Mg的浓度小于所述第三P型GaN层中Mg的浓度。优选的，步骤B2中，受主Mg的掺杂浓度是2.5×1020～5×1020atoms/cm3，施主的Si掺杂浓度是1.5×1016～5×1016atoms/cm3。优选的，步骤B1中，通入摩尔浓度为5.17×107mol/min-5.17×106mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源；步骤B2中，通入摩尔浓度为1.14×105mol/min-1.97×105mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源，同时通入流量为0.01-0.15ml/min浓度为200ppm的SiH4作为Si掺杂源；步骤B3中，通入摩尔浓度为8.8×106mol/min-1.29×105mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源。优选的，所述P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层中Mg的浓度为7×1019～1.5×1020atoms/cm3；所述P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层厚度为40～80nm。优选的，所述步骤A1和A2重复次数为4-8次。根据上述的制备方法制得的LED外延结构，依次包括衬底、缓冲层、u型GaN层、n型GaN层、MQW有源层、电子阻挡层、P型GaN层，其中，P型GaN层具体依次包括：第一P型GaN层，厚度为40～80nm，Mg的浓度为8×1018～1.5×1019atoms/cm3；第二P型GaN层，厚度为30～70nm，Mg的浓度为7×1019～1×1020atoms/cm3；第三P型GaN层，厚度为4-10nm，Mg的浓度为2.5×1020～5×1020atoms/cm3。优选的，所述P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层中，单个周期所述P型AlGaN势垒层的厚度为2.8-5nm，单个周期所述P型InGaN势阱层厚度为2.5-4nm。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供一种新型P型GaN结构的制备方法及其LED外延结构，这种P型GaN层结构通过同时掺入n型和P型掺杂剂的共掺方法，即在P型GaN层同时掺入Si和Mg，Si和Mg共掺可以起到两个作用：1)增加掺杂剂的溶解度(降低掺杂剂的形成能)来抑制自补偿效应；2)降低受主能级来提升激活率；通过在P型GaN层掺入Si施主提高费米能级，同时提升了N空位形成能，让Mg-VN复合体不容易产生，从而起到很好的抑制P型GaN层的自补偿效应，达到提升空穴浓度，最终提升GaN器件的发光效率和电性的目的。具体的说，高掺Mg浓度P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层、P型AlGaN势垒层阻碍空穴逃逸和P型InGaN势阱层将束缚空穴和来提高P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层的空穴浓度，从而达到提高发光效率目的。通过第二P型GaN层高掺受主Mg和低掺施主Si的共掺，通过共掺Mg和Si提高第二P型层费米能级，同时提升了N空位形成能，让Mg-VN复合体不容易产生，从而起到很好的抑制P型GaN层的自补偿效应，提升P型层空穴浓度。另外，适量Si掺杂降低了该P型层电阻；从而起到提升发光效率和降低GaN器件电压目的。另外，高掺P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层，低掺第一P型GaN层，Mg和Si共掺第二P型GaN层三层组成U型掺杂结构，一方面低掺P型GaN层空穴迁移率较大，为空穴扩散提供助力，提高空穴迁移率，从而提高发光效率；另一方面高掺P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层和Mg和Si共掺第二P型GaN层跟低掺第一P型GaN层组成P型电容式结构，对高压静电的冲击起到了分散、缓冲的作用，从而提高GaN基LED器件的抗静电能力。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，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不当限定。在附图中：图1示出了现有的LED外延片的剖面结构示意图；图2示出了本专利技术实施例与常见P型GaN层亮度对比图；图3示出了本专利技术实施例与常见P型GaN层电压对比图。其中，1、衬底，2、缓冲层，3、u型GaN层，4、n型GaN层，5、MQW有源层，6、电子阻挡层，7、第一P型GaN层，8、第二P型GaN层，9、第三P型GaN层。具体实施方式以下结合附图对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合P型GaN层的LED外延结构的制备方法，其特征在于，依次包括处理衬底(1)、生长缓冲层(2)、生长u型GaN层(3)、生长n型GaN层(4)、生长MQW有源层(5)、生长电子阻挡层(6)、生长P型GaN层步骤，其中，生长P型GaN层步骤具体包括以下步骤：B1、反应室压力为400‑700mbar，温度为1000‑1070℃，N

【技术特征摘要】
1.一种复合P型GaN层的LED外延结构的制备方法，其特征在于，依次包括处理衬底(1)、生长缓冲层(2)、生长u型GaN层(3)、生长n型GaN层(4)、生长MQW有源层(5)、生长电子阻挡层(6)、生长P型GaN层步骤，其中，生长P型GaN层步骤具体包括以下步骤：B1、反应室压力为400-700mbar，温度为1000-1070℃，N2气氛下，在电子阻挡层上生长低Mg掺杂浓度的第一P型GaN层(7)，B2、反应室压力不变，温度为1070-1140℃，H2和N2混合气氛下，在步骤B1所得的第一P型GaN层上，生长Mg和Si共掺杂的P型GaN作为第二P型GaN层(8)，B3、反应室压力为200-400mbar，温度和气氛不变，在步骤B2所得的第二P型GaN层上，生长高Mg掺杂浓度的P型GaN作为第三P型GaN层(9)。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，生长电子阻挡层(6)步骤具体包括以下步骤：A1、生长温度为860-920℃，在MQW有源层上生长掺Mg的P型AlGaN层，作为势垒层；A2、保持温度不变，在P型AlGaN层上生长In型GaN层作为势阱层；步骤A1和A2周期性重复。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层(6)Mg浓度高于所述第一P型GaN层(7)中Mg的浓度，与所述第二P型GaN层(8)中Mg的浓度相近。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一P型GaN层(7)中Mg的浓度小于所述第二P型GaN层(8)中Mg的浓度；所述第二P型GaN层(8)中Mg的浓度小于所述第三P型GaN层(9)中Mg的浓度。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B2中，受主Mg的掺杂浓度是2.5×1020～5×1020atoms/cm3，施主的Si掺杂浓度是1.5×1016～5×1016...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘为刚，曾莹，
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