一种提高GaN基LED芯片发光效率的外延生长方法技术

本发明专利技术公开了一种提高GaN基LED芯片发光效率的外延生长方法，包括：生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的n型GaN层、生长低掺杂Si的n型GaN层、生长发光层、生长低温p型GaN层、生长p型AlGaN层、生长新p型GaN层、生长高温p型GaN接触层、降温冷却，其中生长新p型GaN层依次包括生长高温P型GaN‑1层、NH3裂解、退火处理、生长高温P型GaN‑2层的步骤。本发明专利技术通过引入新p型GaN层，能够减少P结构的n空位，减少Mg‑H键，提高P结构Mg的电离率，提高P结构的空穴浓度，进而提高LED芯片发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种提高GaN基LED芯片发光效率的外延生长方法
本专利技术涉及LED外延设计应用
，更具体地，涉及一种提高GaN基LED芯片发光效率的外延生长方法。
技术介绍
LED(LightEmittingDiode，发光二极管)是一种固体照明，因体积小、耗电量低、使用寿命长、环保等优点受到广大消费者认可。LED外延n结构提供电子，P结构提供空穴，电子和空穴通过恒流电压驱动在发光层相遇产生电子空穴对复合，释放光子。目前国内外生产LED的规模在逐步扩大，市场上对LED亮度和光效的需求与日俱增，但是LED仍然存在发光效率低下的问题，影响LED的节能效果。目前市场上传统的LED在外延方面受限于P结构中Mg元素的电离率较低，导致P结构中空穴浓度低，另外，P结构空穴传送过程中有损耗，空穴的迁移率低，发光层中的空穴浓度低，导致LED芯片的发光效率低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种提高GaN基LED芯片发光效率的外延生长方法，改善外延P结构空穴浓度偏低现象，提升P结构的空穴浓度，同时改善P结构的晶体质量，提高空穴的迁移率，提高空穴的注入效率，提高LED器件的发光效率。本专利技术提供了一种提高GaN基LED芯片发光效率的外延生长方法，包括：生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的n型GaN层、生长低掺杂Si的n型GaN层、生长发光层、生长低温p型GaN层、生长p型AlGaN层、生长新p型GaN层、生长高温p型GaN接触层、降温冷却，其中生长新p型GaN层依次包括生长高温P型GaN-1层、NH3裂解、退火处理、生长高温P型GaN-2层的步骤，具体为：A、将反应室温度控制在950～1000℃，石墨托盘转速控制在1000～1200rpm，然后保持压力200～500torr，通入60～80L/min的N2和100～150L/min的H2作为载气，通入400～600sccm的TEGaMo源，通入10～20L/min的NH3，通入200sccm～400sccm的CP2Mg掺杂剂，在该条件下生长5～10nm的高温p型GaN-1层，Mg掺杂浓度为1E19atoms/cm3～5E19atoms/cm3；B、保持温度、压力、转速不变，保持通入H2和N2作为载气量不变，将NH3从10～20L/min提高到70～80L/minNH3，通入时间为20s～30s,让NH3充分裂解，使N原子附着在上述生长的高温p型GaN-1层上，同时裂解的H、C、O原子随载气输送至尾管排出反应室；C、保持压力不变，控制N2流量为130～150L/min，控制反应室温度为600～700℃，石墨托盘转速控制在700～800rpm，对上述高温p型GaN-1层进行20～30s的退火处理；D、保持压力不变，反应室温度控制在950～1000℃，石墨托盘转速控制在1000～1200rpm，通入60～80L/min的N2和100～150L/min的H2作为载气，停止通入NH3，通入1500～2000sccm的TEGa，通入1500～2000sccm的Cp2Mg，通入时间为5s～10s,使裂解的Ga、Mg原子和上述附着在高温p型GaN-1层上的N原子结合生成厚度为1～2nm的高温p型GaN-2层，Mg的掺杂浓度为5E19atoms/cm3～1E20atoms/cm3；重复上述步骤A～D并周期性生长高温p型GaN-1和高温p型GaN-2，整个新p型GaN层的厚度控制为50～80nm。优选的，生长不掺杂GaN层，具体为：将反应腔升高温度到900～1100℃，石墨托盘转速提升至800～1200rpm，保持压力100～300torr，通入100～120L/min的H2作为载气，通入300～600sccm的TMGaMo源，通入40～60L/minNH3，在表面溅射有20～30nmAlN的图形化蓝宝石衬底上持续生长3～4μm的不掺杂GaN层。优选的，生长掺杂Si的n型GaN，具体为：保持温度900～1100℃，保持压力100～300torr，石墨托盘转速800～1200rpm，通入100～120L/min的H2作为载气，通入300-600sccm的TMGaMo源，通入40～60L/minNH3，通入150～195sccm的SiH4掺杂剂，生长3.0～4μm掺杂Si的n型GaN，Si掺杂浓度1E19atoms/cm3～5E19atoms/cm3。优选的，生长低掺杂Si的n型GaN，具体为：保持温度900～1100℃，保持压力100～300torr，石墨托盘转速800～1200rpm，通入100～120L/min的H2作为载气，通入300～600sccm的TMGaMo源，通入40～60L/minNH3，通入150-195sccm的SiH4掺杂剂，生长200nm～400nm低掺杂Si的n型GaN，Si掺杂浓度1E17atoms/cm3～5E18atoms/cm3。优选的，生长发光层，具体为：保持反应腔压力在100～300torr，保持温度700～750℃，石墨托盘转速降低至400～600rpm,通入40L/min～60L/min的NH3、100～150L/min的TEGa，500～800L/min的TMIn及70L/min～100L/min的N2，生长掺杂In的3nm～4nm的InyGa(1-y)N层，其中In掺杂浓度为1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3；其中，y＝0.15-0.25；升高温度至800℃～850℃，保持反应腔压力在300～400torr，通入流量为40L/min～60L/min的NH3、300～600L/min的TMGa及70L/min～100L/min的N2，生长10nm～15nm的GaN层；重复上述步骤并交替生长InyGa(1-y)N层和GaN发光层，交替生长周期数为10～15个。优选的，生长低温p型GaN层，具体为：降低反应室温度至700～750℃，保持压力为200～300torr，通入60～80L/min的N2和100～150L/min的H2作为载气，通入40～60L/minNH3，石墨托盘转速升至1000～1200rpm，通入30～60sccm的TMGaMo源，通入40～60L/min的NH3，通入1000sccm～2000sccm的CP2Mg掺杂剂，持续生长30～60nm的低温p型GaN层，Mg掺杂浓度1E20atoms/cm3～3E20atoms/cm3。优选的，生长p型AlGaN层，具体为：升高反应室温度至900～970℃，保持压力为100-300torr，通入100～150L/min的N2，通入10～20L/min的NH3，石墨托盘转速保持在1000～1200rpm，通入60～100sccm的TMGaMo源，通入100sccm～200sccm的CP2Mg掺杂剂，通入100sccm～200sccm的TMAl，持续生长60-100nm的p型AlGaN层，Mg掺杂浓度为5E17atoms/cm3～3E20atoms/cm3，Al掺杂浓度为2E20atoms/cm3～3E20atoms/cm3。优选的，生长高温p型GaN接触层，具体为：降低反应室温度至850～900℃，保持压力200～400torr，通入60～80L/min的N2和100～150L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高GaN基LED芯片发光效率的外延生长方法，其特征在于，包括：生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的n型GaN层、生长低掺杂Si的n型GaN层、生长发光层、生长低温p型GaN层、生长p型AlGaN层、生长新p型GaN层、生长高温p型GaN接触层、降温冷却；所述生长新p型GaN层包括：生长高温p型GaN‑1层、NH3裂解、退火处理、生长高温p型GaN‑2层，具体为：A、将反应室温度控制在950～1000℃，石墨托盘转速控制在1000～1200rpm，然后保持压力200～500torr，通入60～80L/min的N2和100～150L/min的H2作为载气，通入400～600sccm的TEGa Mo源，通入10～20L/min的NH3，通入200sccm～400sccm的CP2Mg掺杂剂，在该条件下生长5～10nm的高温p型GaN‑1层，Mg掺杂浓度为1E19atoms/cm3～5E19atoms/cm3；B、保持温度、压力、转速不变，保持通入H2和N2作为载气量不变，将NH3从10～20L/min提高到70～80L/min NH3，通入时间为20s～30s,让NH3充分裂解，使N原子附着在上述生长的高温p型GaN‑1层上，同时裂解的H、C、O原子随载气输送至尾管排出反应室；C、保持压力不变，控制N2流量为130～150L/min，控制反应室温度为600～700℃，石墨托盘转速控制在700～800rpm，对上述高温p型GaN‑1层进行20～30s的退火处理；D、保持压力不变，反应室温度控制在950～1000℃，石墨托盘转速控制在1000～1200rpm，通入60～80L/min的N2和100～150L/min的H2作为载气，停止通入NH3，通入1500～2000sccm的TEGa，通入1500～2000sccm的Cp2Mg，通入时间为5s～10s,使裂解的Ga、Mg原子和上述附着在高温p型GaN‑1层上的N原子结合生成厚度为1～2nm的高温p型GaN‑2层，Mg的掺杂浓度为5E19atoms/cm3～1E20atoms/cm3；重复上述步骤A～D并周期性生长高温p型GaN‑1和高温p型GaN‑2，整个新p型GaN层的厚度控制为50～80nm。...

【技术特征摘要】
1.一种提高GaN基LED芯片发光效率的外延生长方法，其特征在于，包括：生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的n型GaN层、生长低掺杂Si的n型GaN层、生长发光层、生长低温p型GaN层、生长p型AlGaN层、生长新p型GaN层、生长高温p型GaN接触层、降温冷却；所述生长新p型GaN层包括：生长高温p型GaN-1层、NH3裂解、退火处理、生长高温p型GaN-2层，具体为：A、将反应室温度控制在950～1000℃，石墨托盘转速控制在1000～1200rpm，然后保持压力200～500torr，通入60～80L/min的N2和100～150L/min的H2作为载气，通入400～600sccm的TEGaMo源，通入10～20L/min的NH3，通入200sccm～400sccm的CP2Mg掺杂剂，在该条件下生长5～10nm的高温p型GaN-1层，Mg掺杂浓度为1E19atoms/cm3～5E19atoms/cm3；B、保持温度、压力、转速不变，保持通入H2和N2作为载气量不变，将NH3从10～20L/min提高到70～80L/minNH3，通入时间为20s～30s,让NH3充分裂解，使N原子附着在上述生长的高温p型GaN-1层上，同时裂解的H、C、O原子随载气输送至尾管排出反应室；C、保持压力不变，控制N2流量为130～150L/min，控制反应室温度为600～700℃，石墨托盘转速控制在700～800rpm，对上述高温p型GaN-1层进行20～30s的退火处理；D、保持压力不变，反应室温度控制在950～1000℃，石墨托盘转速控制在1000～1200rpm，通入60～80L/min的N2和100～150L/min的H2作为载气，停止通入NH3，通入1500～2000sccm的TEGa，通入1500～2000sccm的Cp2Mg，通入时间为5s～10s,使裂解的Ga、Mg原子和上述附着在高温p型GaN-1层上的N原子结合生成厚度为1～2nm的高温p型GaN-2层，Mg的掺杂浓度为5E19atoms/cm3～1E20atoms/cm3；重复上述步骤A～D并周期性生长高温p型GaN-1和高温p型GaN-2，整个新p型GaN层的厚度控制为50～80nm。2.根据权利要求1所述的提高GaN基LED芯片发光效率的外延生长方法，其特征在于，所述生长不掺杂GaN层，具体为：将反应腔升高温度到900～1100℃，石墨托盘转速提升至800～1200rpm，保持压力100～300torr，通入100～120L/min的H2作为载气，通入300～600sccm的TMGaMo源，通入40～60L/minNH3，在表面溅射有20～30nmAlN的图形化蓝宝石衬底上持续生长3～4μm的不掺杂GaN层。3.根据权利要求1所述的提高GaN基LED芯片发光效率的外延生长方法，其特征在于，所述生长掺杂Si的n型GaN，具体为：保持温度900～1100℃，保持压力100～300torr，石墨托盘转速800～1200rpm，通入100～120L/min的H2作为载气，通入300-600sccm的TMGaMo源，通入40～60L/minNH3，通入150～195sccm的SiH4掺杂剂，生长3.0～4μm掺杂Si的n型GaN，Si掺杂浓度1E19atoms/cm3～5E19atoms/cm3。4.根据权利要求1所述的提高GaN基LED芯片发光效率的外延生长方法，其特征在于，所述生长低掺杂Si的n型GaN，具体为：保持温度900～1100℃，保持压力100～300torr，石墨托盘转速800～1200rpm，通入100～120L/min的H2作为载气，通入300～600sccm的TMGaMo...

【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