一种LED外延生长方法技术

本发明专利技术提供了一种LED外延生长方法，该方法通过在生长多量子阱层后先生长一层掺杂Zn的InGaN:Zn结构层，阻挡电子向p型GaN迁移，避免大量电子从多量子阱层泄漏出至P型层，从而提高多量子阱层的电子浓度；然后通过生长高掺杂Mg浓度的AlGaN:Mg薄垒层，来提供高的空穴浓度，并有效推动空穴注入多量子阱层，增加多量子阱层的电子空穴对数量。另外，利用AlGaN与InGaN的晶格不匹配，在InGaN:Zn结构层与AlGaN:Mg薄垒层的界面处产生二维空穴气，借助二维空穴气，提高空穴横向扩展效率，进一步提高多量子阱层的空穴注入水平，降低LED的工作电压，提高LED的发光效率。

A method of epitaxial growth of LED

The invention provides a LED epitaxial growth method, the method based on InGaN:Zn structure layer growth of multi quantum well layer after layer of doped Zn Mr long, blocking the electrons to the P type GaN migration, to avoid a large number of electrons from the quantum well layer leaking to the P layer, thereby improving the electron concentration multiple quantum well layer and then through the thin barrier layer; AlGaN:Mg growth high doping concentration of Mg, to provide a high hole concentration, and promote the effective hole injection multiple quantum well layer, increase the electron hole multi quantum well layer on the number of. In addition, the use of AlGaN and InGaN of the lattice mismatch, resulting in two-dimensional hole gas at the interface structure of InGaN:Zn layer and AlGaN:Mg thin barrier layer, using two-dimensional hole gas, improve hole horizontal expansion efficiency, further improve the multi quantum well layer hole injection level, reduce the working voltage of LED, improve the luminous efficiency of LED.

【技术实现步骤摘要】
一种LED外延生长方法
本专利技术属于LED
，具体涉及一种LED外延生长方法。
技术介绍
发光二极管(Light-EmittingDiode，LED)是一种将电能转化为光能的半导体电子器件。当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光。LED作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性、色彩丰富等优点。目前国内生产LED的规模正在逐步扩大，但是LED仍然存在效率低下的问题。传统的LED结构外延生长方法，包括如下步骤：1、在温度为1000-1100℃，反应腔压力为100-300mbar，通入100-130L/min的H2的条件下，处理蓝宝石衬底5-10分钟；2、生长低温GaN缓冲层，并在所述低温GaN缓冲层形成不规则小岛；3、生长非掺杂GaN层；4、生长Si掺杂的第一N型GaN层；5、生长Si掺杂的第二N型GaN层；6、生长多量子肼层；7、生长P型AlGaN层；8、生长Mg掺杂的P型GaN层；9、在温度为650-680℃的条件下保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。氮化镓是LED中应用最广的半导体材料。氮化镓材料为钎锌矿结构，材料本身自极化效应和晶格不匹配产生量子限制斯塔克效应，随着驱动电流增加，电子漏电流现象变得更加严重，严重阻碍了LED效率的提高，影响LED的节能效果。因此，提供一种LED外延生长方法，减轻量子限制斯塔克效应的影响，减少漏电流，进而提高LED的发光效率，是本
亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中量子限制斯塔克效应影响LED发光效率的技术问题，本专利技术公开了一种LED外延生长方法，通过形成不对称阱垒结构，能够抑制电子泄露出多量子阱层，进而抑制电子漏电流的产生，并能有效推动空穴注入多量子阱层，增加多量子阱层的电子空穴对数量，增强发光辐射效率，从而提升LED的亮度。为解决上述
技术介绍
中的问题，本专利技术一种LED外延生长方法，所述LED外延是采用金属化学气相沉积法MOCVD对基底进行处理获得的，包括如下步骤：在温度为1000-1100℃，反应腔压力为100-300mbar，通入100-130L/min的H2的条件下，处理蓝宝石衬底5-10分钟；生长低温GaN缓冲层，并在所述低温GaN缓冲层形成不规则小岛；生长非掺杂GaN层；生长Si掺杂的N型GaN层；生长多量子肼层；在温度为750-900℃，反应腔压力为800-950mbar，通入50000-55000sccm的NH3、50-70sccm的TMGa、90-110L/min的H2、1200-1400sccm的TMIn、1000sccm-1500sccm的DMZn的条件下，生长厚度为15-35nm的InGaN:Zn结构层，其中Zn掺杂浓度为1×1017atoms/cm3-5×1017atoms/cm3；在温度为750-900℃，反应腔压力为800-950mbar，通入50000-55000sccm的NH3、50-70sccm的TMGa、90-110L/min的H2、1200-1400sccm的TMAl、800sccm-1050sccm的CP2Mg的条件下，生长厚度为15-35nm的AlGaN:Mg薄垒层，其中Mg掺杂浓度为3×1017atoms/cm3-6×1017atoms/cm3；生长P型AlGaN层；生长Mg掺杂的P型GaN层；在温度为650-680℃的条件下保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。进一步地，在温度为500-600℃，反应腔压力为300-600mbar，通入10000-20000sccm的NH3、50-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2的条件下，在所述蓝宝石衬底上生长所述低温缓冲层GaN，所述低温GaN缓冲层的厚度为20-40nm。进一步地，在温度为1000-1100℃、反应腔压力为300-600mbar，通入30000-40000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2的条件下，在所述低温缓冲层GaN上形成所述不规则小岛。进一步地，在温度为1000-1200℃，反应腔压力为300-600mbar，通入30000-40000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2的条件下，生长的所述非掺杂GaN层；所述非掺杂GaN层的厚度为2-4μm。进一步地，所述N型GaN层，包括：第一N型GaN层和第二N型GaN层，其中，在温度为1000-1200℃，反应腔压力为300-600mbar，通入30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、20-50sccm的SiH4的条件下，生长Si掺杂的所述第一N型GaN，所述第一N型GaN的厚度为3-4μm，Si掺杂的浓度为5×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3；在温度为1000-1200℃，反应腔压力为300-600mbar，通入30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、2-10sccm的SiH4的条件下，生长Si掺杂的所述第二N型GaN，所述第二N型GaN的厚度为200-400nm，Si掺杂的浓度为5×1017atoms/cm3-1×1018atoms/cm3。进一步地，所述生长多量子阱层，包括：交替生长的InxGa(1-x)N阱层和GaN垒层，交替周期控制在7-15个。进一步地，在温度为700-750℃，反应腔压力300-400mbar，通入50000-70000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、1500-2000sccm的TMIn、100-130L/min的N2的条件下，生长所述InxGa(1-x)N阱层，其中，所述InxGa(1-x)N厚度为2.5-3.5nm，发光波长450-455nm，x的取值范围为0.20-0.25。进一步地，在温度为750-850℃，反应腔压力300-400mbar，通入50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa、100-130L/min的N2的条件下，生长所述GaN垒层，所述GaN垒层的厚度为8-15nm。进一步地，在温度为900-950℃，反应腔压力为200-400mbar，通入50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl、1000-1300sccm的Cp2Mg的条件下，生长所述P型AlGaN层，所述P型AlGaN层的厚度为50-100nm，其中，Al掺杂的浓度为1×1020atoms/cm3-3×1020atoms/cm3，Mg掺杂的浓度为1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3。进一步地，在温度为950-1000℃，反应腔压力为400-900mbar，通入50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2、1000-3000sccm的Cp2Mg的条件下，生长厚度为50-200nm的Mg掺杂P型Ga本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED外延生长方法，所述LED外延是采用金属化学气相沉积法MOCVD对基底进行处理获得的，包括：在温度为1000‑1100℃，反应腔压力为100‑300mbar，通入100‑130L/min的H2的条件下，处理蓝宝石衬底5‑10分钟；生长低温GaN缓冲层，并在所述低温GaN缓冲层形成不规则小岛；生长非掺杂GaN层；生长Si掺杂的N型GaN层；生长多量子肼层；在温度为750‑900℃，反应腔压力为800‑950mbar，通入50000‑55000sccm的NH3、50‑70sccm的TMGa、90‑110L/min的H2、1200‑1400sccm的TMIn、1000sccm‑1500sccm的DMZn的条件下，生长厚度为15‑35nm的InGaN:Zn结构层，其中Zn掺杂浓度为1×10

【技术特征摘要】
1.一种LED外延生长方法，所述LED外延是采用金属化学气相沉积法MOCVD对基底进行处理获得的，包括：在温度为1000-1100℃，反应腔压力为100-300mbar，通入100-130L/min的H2的条件下，处理蓝宝石衬底5-10分钟；生长低温GaN缓冲层，并在所述低温GaN缓冲层形成不规则小岛；生长非掺杂GaN层；生长Si掺杂的N型GaN层；生长多量子肼层；在温度为750-900℃，反应腔压力为800-950mbar，通入50000-55000sccm的NH3、50-70sccm的TMGa、90-110L/min的H2、1200-1400sccm的TMIn、1000sccm-1500sccm的DMZn的条件下，生长厚度为15-35nm的InGaN:Zn结构层，其中Zn掺杂浓度为1×1017atoms/cm3-5×1017atoms/cm3；在温度为750-900℃，反应腔压力为800-950mbar，通入50000-55000sccm的NH3、50-70sccm的TMGa、90-110L/min的H2、1200-1400sccm的TMAl、800sccm-1050sccm的CP2Mg的条件下，生长厚度为15-35nm的AlGaN:Mg薄垒层，其中Mg掺杂浓度为3×1017atoms/cm3-6×1017atoms/cm3；生长P型AlGaN层；生长Mg掺杂的P型GaN层；在温度为650-680℃的条件下保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。2.根据权利要求1所述的LED外延生长方法，其特征在于，在温度为500-600℃，反应腔压力为300-600mbar，通入10000-20000sccm的NH3、50-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2的条件下，在所述蓝宝石衬底上生长所述低温缓冲层GaN，所述低温GaN缓冲层的厚度为20-40nm。3.根据权利要求2所述的LED外延生长方法，其特征在于，在温度为1000-1100℃、反应腔压力为300-600mbar，通入30000-40000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2的条件下，在所述低温缓冲层GaN上形成所述不规则小岛。4.根据权利要求1所述的LED外延生长方法，其特征在于，在温度为1000-1200℃，反应腔压力为300-600mbar，通入30000-40000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2的条件下，生长的所述非掺杂GaN层；所述非掺杂GaN层的厚度为2-4μm。5.根据权利要求1所述的LED外延生长方法，其特征在于，所述N型GaN层，包括：第一N型GaN层和第二N型GaN层，其中，在温度为1000-1200℃，反应腔压力为300-600mbar，通入30000-60000sccm的NH3、200-400s...

【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