一种具有低电阻率P型层的LED外延结构及其生长方法技术

本发明专利技术提供一种LED外延结构的生长方法，包括高温处理蓝宝石衬底、生长低温缓冲GaN层、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长多量子阱发光层、生长P型AlGaN层、生长P型GaN层以及退火降温步骤；在生长P型GaN层时，依次经过900℃预处理、870～1000℃升温生长P型GaN‑1层、退火处理和1000～900℃降温生长P型GaN‑2层过程；P型GaN‑1层和P型GaN‑2层的厚度相等且均为25～100nm，所含氮原子与镓原子的摩尔比控制为1400:1，Mg的掺杂浓度为1E19～1E20atoms/cm

A Low Resistivity P-Layer LED Epitaxy Structure and Its Growth Method

The invention provides a growth method of LED epitaxy structure, which includes high temperature treatment of sapphire substrate, growth of low temperature buffer GaN layer, growth of non-doped GaN layer, growth of N-type GaN layer doped with Si, growth of multi-quantum well luminescence layer, growth of P-type AlGaN layer, growth of P-type GaN layer and annealing and cooling steps; in the growth of P-type GaN layer, the growth of P-type GaN layer is successively pre-treated at 900 C, and warming up at 870-1000 C. The thickness of P-type GaN_ 1 and P-type GaN_ 2 layers is the same and they are all 25-100 nm. The molar ratio of nitrogen atoms to gallium atoms is controlled to 1400:1, and the doping concentration of Mg is 1 E19-1 E20atoms/cm.

【技术实现步骤摘要】
一种具有低电阻率P型层的LED外延结构及其生长方法
本专利技术涉及LED制造领域，具体地，涉及一种可有效降低P型GaN层的电阻率、进而提高LED发光强度且提高LED外延结构表面平整度的方法，以及通过该方法制备得到的LED外延结构。
技术介绍
LED(LightEmittingDiode，发光二极管)是一种固体照明电子元件，因其具有体积小、耗电量低、使用寿命长、环境友好等优点而受到广大消费者的认可，市场前景广阔。在LED的外延结构中，N层用于提供电子而P层用于提供空穴，电子和空穴在恒流电压的驱动下在有源层相遇并产生电子空穴对复合，通过释放光子的形式实现发光功能。目前国内外LED的生产规模虽然在逐步扩大，但产品本身仍存在发光效率低下的问题，不能满足市场上对于LED亮度和光效的需求，继而影响到LED的应用范围和节能效果。造成上述现象的原因众多，这给本领域研究人员提供了多种优化路径；其中传统LED外延结构中的P型层(即P型GaN层)的电阻率偏高，空穴浓度低，晶体质量不高，是导致LED芯片发光效率低下的原因之一。
技术实现思路
为了克服在
技术介绍
中提到的上述问题，本专利技术提供一种可有效降低P型GaN层的电阻率的LED生长方法以及通过该方法制备得到的LED外延结构，进而达到提高LED发光强度的目的。一种降低P型GaN层电阻率的LED外延结构的生长方法，依次包括高温处理蓝宝石衬底、生长低温缓冲GaN层、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长多量子阱发光层、生长P型AlGaN层、生长P型GaN层以及退火降温的步骤；其中生长P型GaN层的步骤包括预处理过程、升温生长过程、退火处理过程和降温生长过程。上述生长P型GaN层的具体步骤如下：A、保持反应腔内压力为500～600mbar、温度为850～900℃，通入流量为80～100L/min的NH3、15～20L/min的TMGa进行预处理；B、保持反应腔内压力为400～600mbar，通入流量为50000～70000sccm的NH3、20～100sccm的TMGa、100～130L/min的H2、1000～3000sccm的Cp2Mg，生长过程中控制反应腔内的温度从870℃逐渐升温至1000℃，氮原子与镓原子的摩尔比控制为1400:1～1500:1，持续生长厚度为25～100nm的P型GaN-1层，其中Mg的掺杂浓度为1E19atoms/cm3～1E20atoms/cm3；C、保持反应腔内的压力和温度不变，通入流量为120～150L/min的N2，对生长好的P型GaN-1层进行退火处理；D、保持反应腔内压力为400～600mbar，通入流量为50000～70000sccm的NH3、20～100sccm的TMGa、100～130L/min的H2、1000～3000sccm的Cp2Mg，生长过程中控制反应腔内的温度从1000℃逐渐降温至900℃，氮原子与镓原子的摩尔比控制为1400:1～1500:1，持续生长厚度与P型GaN-1层相等的P型GaN-2层，其中Mg的掺杂浓度为1E19atoms/cm3～1E20atoms/cm3。优选地，升温时控制反应腔温度以每秒0.5～1℃的升温速度从870℃逐渐升高至1000℃，降温时控制反应腔温度以每秒0.4～0.8℃的降温速度从1000℃逐渐降低至900℃。优选地，所述高温处理蓝宝石衬底的步骤为：保持反应腔内压力为100～300mbar、温度为1000～1100℃，通入流量为100～130L/min的H2，热处理蓝宝石衬底8～10分钟。优选地，所述退火降温的步骤为：反应腔内温度降至650～680℃，保温20～30min，关闭加热及给气系统，制得的LED外延结构随炉冷却。优选地，所述生长低温缓冲GaN层的步骤为：保持反应腔内压力为300～600mbar、温度为500～600℃，通入流量为10000～20000sccm的NH3、50～100sccm的TMGa、100～130L/min的H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20～40nm的低温缓冲层GaN；保持反应腔内压力为300～600mbar、温度为1000～1100℃，通入流量为30000～40000sccm的NH3以及100～130L/min的H2，保持温度恒定，对生长好的低温缓冲层GaN进行退火处理300～500s。优选地，所述生长不掺杂GaN层的步骤为：保持反应腔内压力为300～600mbar、温度为1000～1200℃，通入流量为30000～40000sccm的NH3、200～400sccm的TMGa、100～130L/min的H2，在低温缓冲GaN层上持续生长厚度为2～4μm的不掺杂GaN层。优选地，所述生长掺杂Si的N型GaN层的步骤为：保持反应腔内压力为300～600mbar、温度为1000～1200℃，通入流量为30000～60000sccm的NH3、200～400sccm的TMGa、100～130L/min的H2、20～50sccm的SiH4，在不掺杂GaN层上持续生长厚度为3～4μm的掺杂Si的N型GaN层，其中Si的掺杂浓度为5E19atoms/cm3～1E20atoms/cm3；保持反应腔内的压力和温度不变，通入流量为30000～60000sccm的NH3、200～400sccm的TMGa、100～130L/min的H2、2～10sccm的SiH4，继续生长厚度为200～400nm的掺杂Si的N型GaN层，其中Si的掺杂浓度5E18atoms/cm3～1E19atoms/cm3；保持反应腔内的压力和温度不变，通入流量为30000～60000sccm的NH3、200～400sccm的TMGa、100～130L/min的H2、1～2sccm的SiH4，继续生长厚度为200～400nm的掺杂Si的N型GaN层，其中Si的掺杂浓度5E17atoms/cm3～1E18atoms/cm3。优选地，所述生长多量子阱发光层的步骤为：保持反应腔内压力为300～400mbar、温度为700～750℃，通入流量为50000～70000sccm的NH3、20～40sccm的TMGa、1500～2000sccm的TMIn、100～130L/min的N2，持续生长厚度为2.5～3.5nm的掺杂In的InXGa(1-X)N阱层，其中X＝0.20～0.25，发光波长为450～455nm；保持反应腔内压力为300～400mbar、温度为750～850℃，通入流量为50000～70000sccm的NH3、20～100sccm的TMGa、100～130L/min的N2，持续生长厚度为8～15nm的GaN垒层；周期性交替生长InXGa(1-X)N阱层和GaN磊层，总周期数为7～15。优选地，所述生长P型AlGaN层的步骤为：保持反应腔内压力为200～400mbar、温度为900～950℃，通入流量为50000～70000sccm的NH3、30～60sccm的TMGa、100～130L/min的H2、100～130sccm的TMAl、1000～1300sccm的Cp2Mg，持续生长厚度为50～100nm的P型AlGaN层，其中Al的掺杂浓度1E20atoms/cm3～3E20atoms/cm3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有低电阻率P型层的LED外延结构的生长方法，其特征在于，依次包括高温处理蓝宝石衬底、生长低温缓冲GaN层、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长多量子阱发光层、生长P型AlGaN层、生长P型GaN层以及退火降温的步骤；其中生长P型GaN层的步骤包括预处理过程、升温生长过程、退火处理过程和降温生长过程。

【技术特征摘要】
1.一种具有低电阻率P型层的LED外延结构的生长方法，其特征在于，依次包括高温处理蓝宝石衬底、生长低温缓冲GaN层、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长多量子阱发光层、生长P型AlGaN层、生长P型GaN层以及退火降温的步骤；其中生长P型GaN层的步骤包括预处理过程、升温生长过程、退火处理过程和降温生长过程。2.根据权利要求1所述LED外延结构的生长方法，其特征在于，生长P型GaN层的具体步骤如下：A、保持反应腔内压力为500～600mbar、温度为850～900℃，通入流量为80～100L/min的NH3、15～20L/min的TMGa进行预处理；B、保持反应腔内压力为400～600mbar，通入流量为50000～70000sccm的NH3、20～100sccm的TMGa、100～130L/min的H2、1000～3000sccm的Cp2Mg，生长过程中控制反应腔内的温度从870℃逐渐升温至1000℃，氮原子与镓原子的摩尔比控制为1400:1～1500:1，持续生长厚度为25～100nm的P型GaN-1层，其中Mg的掺杂浓度为1E19atoms/cm3～1E20atoms/cm3；C、保持反应腔内的压力和温度不变，通入流量为120～150L/min的N2，对生长好的P型GaN-1层进行退火处理；D、保持反应腔内压力为400～600mbar，通入流量为50000～70000sccm的NH3、20～100sccm的TMGa、100～130L/min的H2、1000～3000sccm的Cp2Mg，生长过程中控制反应腔内的温度从1000℃逐渐降温至900℃，氮原子与镓原子的摩尔比控制为1400:1～1500:1，持续生长厚度与P型GaN-1层相等的P型GaN-2层，其中Mg的掺杂浓度为1E19atoms/cm3～1E20atoms/cm3。3.根据权利要求2所述LED外延结构的生长方法，其特征在于，所述高温处理蓝宝石衬底的步骤为：保持反应腔内压力为100～300mbar、温度为1000～1100℃，通入流量为100～130L/min的H2，热处理蓝宝石衬底8～10分钟；所述退火降温的步骤为：反应腔内温度降至650～680℃，保温20～30min，关闭加热及给气系统，制得的LED外延结构随炉冷却。4.根据权利要求2所述LED外延结构的生长方法，其特征在于，所述生长低温缓冲GaN层的步骤为：保持反应腔内压力为300～600mbar、温度为500～600℃，通入流量为10000～20000sccm的NH3、50～100sccm的TMGa、100～130L/min的H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20～40nm的低温缓冲层GaN；保持反应腔内压力为300～600mbar、温度为1000～1100℃，通入流量为30000～40000sccm的NH3以及100～130L/min的H2，保持温度恒定，对生长好的低温缓冲层GaN进行退火处理300～500s。5.根据权利要求2所述LED外延结构的生长方法，其特征在于，所述生长不掺杂GaN层的步骤为：保持反应腔内压力为300～600mbar、温度为1000～1200℃，通入流量为30000～40000sccm的NH3、200～400sccm的TMGa、100～130L/min的H2，在低温缓冲GaN层上持续生长厚度为2～4μm的不掺杂GaN层。6.根据权利要求2所述LED外延结构的生长方法，其特征在于，所述生长掺杂Si的N型GaN层的步...

【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