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、生长低温成核层GaN、生长高温GaN缓冲层、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、生长分段式P型GaN层、生长P型GaN接触层、降温冷却。所述生长分段式P型GaN层为：分别生长低温型P型GaN层、中温型P型GaN层和高温型P型GaN层，其中，每层的生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm

LED epitaxial growth method

The invention discloses a LED epitaxial growth method comprises: processing a substrate, low temperature growth of nucleation layer growth of GaN, high temperature GaN buffer layer and growth of undoped u layer, GaN growth of Si doped GaN layer, n growth growth of P type light emitting layer, AlGaN layer, P GaN layer growth segment the growth of P, GaN contact layer, cooling. The growth of segmented P type GaN layer respectively in low temperature growth of type P type GaN type P type layer, medium temperature and high temperature P type GaN layer GaN layer, wherein, the growth pressure of each layer is 100Torr to 500Torr, the growth of the thickness of 10nm to 100nm, the concentration of Mg is 1E18atoms/cm

【技术实现步骤摘要】
LED外延生长方法
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(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。目前，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LED外延生长方法，把传统的P型GaN层，设计为低温中温高温三层分段式结构P型GaN层，目的是在最靠近量子阱的区域，先通过低温生长，提供较多空穴进入量子阱区域，接着中温生长，提高空穴迁移率，最后通过高温生长，提高材料结晶质量，修补低温生长的缺陷，从而提高整个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LED外延生长方法，其特征在于，依次包括：处理衬底、生长低温成核层GaN、生长高温GaN缓冲层、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、生长分段式P型GaN层、生长P型GaN接触层、降温冷却，所述生长分段式P型GaN层为：保持生长温度为700℃至800℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第一P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；升高温度至800℃至900℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第二P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；升高温度至900℃至1000℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第三P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；其中，生长所述第一P型GaN层、生长所述第二P型GaN层和生长所述第三P型GaN层通入的MO源为TMGa和CP2Mg。优选地，其中：所述处理衬底，具体为：将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁衬底表面，温度为1050℃至1150℃。优选地，其中：所述生长低温成核层GaN和生长高温GaN缓冲层，具体为：降低温度至500℃至620℃，保持反应腔压力400Torr至650Torr，通入NH3和TMGa，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm至40nm的低温成核层GaN；停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000℃至1100℃，退火时间为5min至10min；退火之后，将温度调节至900℃至1050℃，继续通入TMGa，外延生长厚度为0.2μm至1μm的高温GaN缓冲层，生长压力控制在400Torr-650Torr。优选地，其中：所述生长非掺杂u-GaN层，具体为：升高温度到1050℃至1200℃，保持反应腔压力100Torr-500Torr，通入NH3和TMGa，持续生长厚度为1μm至3μm的非掺杂u-GaN层。优选地，其中：所述生长掺杂Si的n-GaN层，具体为：保持反应腔温度为1050℃至1200℃，保持反应腔压力为100Torr-600Torr，通入NH3、TMGa和SiH4，持续生长一层掺杂浓度稳定的、厚度为2μm至4μm掺杂Si的n-GaN层，其中，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：保持反应腔压力100Torr至500Torr、温度700℃至800℃，所用MO源为TEGa、TMIn和SiH4，生长掺杂In的厚度为2nm至5nm的量子阱层InyGa(1-y)N，y＝0.1至0.3；接着升高温度至800℃至950℃，保持反应腔压力100Torr至500Torr，所用MO源为TEGa、TMIn和SiH4，生长厚度为8nm至15nm的垒层GaN，垒层GaN进行Si掺杂，Si掺杂浓度为8E16atoms/cm3至6E17atoms/cm3；重复InyGa(1-y)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InyGa(1-y)N/GaN发光层，控制周期数为5至15个。优选地，其中：所述生长P型AlGaN层，具体为：保持反应腔压力20Torr至200Torr、温度900℃至1100℃，通入MO源为TMAl、TMGa和CP2Mg，持续生长厚度为50nm至200nm的P型AlGaN层，生长时间为3min至10min，Al的摩尔组分为10％至30％，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至500Torr、温度850℃至1050℃，通入MO源为TEGa和CP2Mg，持续生长厚度为5nm至20nm的掺杂Mg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：外延生长结束后，将反应时的温度降至650℃至800℃，采用纯氮气氛围进行退火处理5min至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：第一、本专利技术LED外延生长方法，与传统方法相比，把传统的P型GaN层，设计为低温中温高温三层分段式结构P型GaN层，目的是在最靠近量子阱的区域，先通过低温生长，提供较多空穴进入量子阱区域，接着中温生长，提高空穴迁移率，最后通过高温生长，提高材料结晶质量，修补低温生长的缺陷，从而提高整个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。第二、本专利技术LED外延生长方法，有利于提高大尺寸芯片的亮度，并降低了驱动电压。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为采用专利技术方法制作的样品和采用传统方法制作的样品的芯片亮度分布图；图5为采用专利技术方法制作的样品和采用传统方法制作的样品的芯片颗粒分布图；其中，1、基板，2、缓冲层GaN，3、u-GaN层，4、n-GaN层，5、发光层，6、P型AlGaN层，7、分段式本文档来自技高网...

【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、生长低温成核层GaN、生长高温GaN缓冲层、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、生长分段式P型GaN层、生长P型GaN接触层、降温冷却，所述生长分段式P型GaN层为：保持生长温度为700℃至800℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第一P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm

【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、生长低温成核层GaN、生长高温GaN缓冲层、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、生长分段式P型GaN层、生长P型GaN接触层、降温冷却，所述生长分段式P型GaN层为：保持生长温度为700℃至800℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第一P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；升高温度至800℃至900℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第二P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；升高温度至900℃至1000℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第三P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；其中，生长所述第一P型GaN层、生长所述第二P型GaN层和生长所述第三P型GaN层通入的MO源为TMGa和CP2Mg。2.根据权利要求1所述LED外延生长方法，其特征在于，所述处理衬底，具体为：将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁衬底表面，温度为1050℃至1150℃。3.根据权利要求1所述LED外延生长方法，其特征在于，所述生长低温成核层GaN和生长高温GaN缓冲层，具体为：降低温度至500℃至620℃，保持反应腔压力400Torr至650Torr，通入NH3和TMGa，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm至40nm的低温成核层GaN；停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000℃至1100℃，退火时间为5min至10min；退火之后，将温度调节至900℃至1050℃，继续通入TMGa，外延生长厚度为0.2μm至1μm的高温GaN缓冲层，生长压力控制在400Torr-650Torr。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：升高温度到1050℃至1200℃，保持反应腔压力100Torr-500Torr，通入NH3和TMGa，持续生长厚度为1μm至3μm的非掺杂u-GaN层。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：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