提升LED芯片老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法技术

本发明专利技术涉及半导体电子技术领域，具体涉及一种提升LED芯片老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法。该生长方法将AlN衬底放入反应腔中，依次生长buffer层、U型GaN层、N型GaN层、多量子阱有源区层、低温P型GaN层、p型AlGaN超晶格层和高温P型GaN层；再在高温P型GaN层上生长厚度为5～10nm的电流扩展层，得到GaN基外延层；该方法制备得到P

【技术实现步骤摘要】
提升LED芯片老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法


[0001]本专利技术涉及半导体电子
，具体涉及一种提升LED芯片老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法。

技术介绍

[0002]以GaN(氮化镓)为基础的发光二极管(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、高可靠性等优点，正在被迅速、广泛地应用于交通信号灯、手机背光源、户外全彩显示屏、城市景观照明、汽车内外灯、隧道灯等领域。因此LED的各方面性能如何提升都被业界重点关注。
[0003]在GaN基LED外延层制备方面，所提供的空穴的(P型)的特性是影响LED电性的一个重要因素，特别是会影响LED的抗静电能力。目前国内MOCVD(metal
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organic chemical vapor deposition，金属有机化学气相沉积)生长LED外延层中涉及到提供空穴的P层生长，通常其通过低温生长的P型GaN和高温生长的P型AlGaN/GaNp型AlGaN超晶格层组成。公布号为CN105161582A的中国专利技术专利公开了一种采用MOCVD技术制备深紫外LED的方法，其LED外延结构从下向上的顺序依次为：图形化蓝宝石衬底、低温AlN成核层、高温AlN层、多周期AlGaN/AlN超晶格应力调控层；n
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AlInGaN接触层、n
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AlGaN电流扩展层、非对称单量子阱有源区、p
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AlGaN电子阻挡层、p
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AlGaN限制层以及p
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GaN接触层，可有效降低大电流密度下LED芯片的Droop效应，提高载流子的注入效率，提高器件的发光效率，但同时也增加了漏电通道，导致器件的能耗随之增加，还使得老化后的抗静电能力衰退。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种提升LED芯片老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种提升LED芯片老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法，包括以下步骤：
[0006]S1：在AlN衬底上依次生长buffer层、U型GaN层、N型GaN层、多量子阱有源区层、低温P型GaN层、p型AlGaN超晶格层和高温P型GaN层；
[0007]S2：在高温P型GaN层上生长厚度为5～10nm的电流扩展层，得到GaN基外延层；
[0008]所述电流扩展层为P
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InGaN/MgN/GaN超晶格，所述P
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InGaN/MgN/P
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GaN超晶格的周期为5～10个，单个周期的P
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InGaN/MgN/P
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GaN超晶格的厚度为1～2nm，单个周期中P
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InGaN/MgN/P
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GaN厚度比为2：1：1。
[0009]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的提升LED老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法，制备得到P
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InGaN/MgN/GaN超晶格电流扩展层，该结构改善了外延层的P型磊晶质量，提升了大电流扩展及老化后LED的抗静电能力，本专利技术的GaN基外延层相比于常规的LED结构ESD(静电释放)老化后提升机械模式300V。
附图说明
[0010]图1所示为本专利技术的具体实施方式的GaN基外延层的结构示意图；
[0011]标号说明：1、AlN衬底；2、buffer层；3、U型GaN层；4、N型GaN层；5、多量子阱有源区层；6、低温P型GaN层；7、p型AlGaN超晶格层；8、高温P型GaN层，9、电流扩展层。
具体实施方式
[0012]为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0013]本专利技术最关键的构思在于：制备得到P
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InGaN/MgN/GaN超晶格电流扩展层，该结构改善了外延层的P型磊晶质量，提升了大电流扩展及老化后LED的抗静电能力。
[0014]请参照图1所示，本专利技术的提升LED芯片老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法，包括以下步骤：
[0015]S1：在AlN衬底上依次生长buffer层、U型GaN层、N型GaN层、多量子阱有源区层、低温P型GaN层、p型AlGaN超晶格层和高温P型GaN层；
[0016]S2：在高温P型GaN层上生长厚度为5～10nm的电流扩展层，得到GaN基外延层；
[0017]电流扩展层为P
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InGaN/MgN/GaN超晶格。
[0018]从上述描述可知，本专利技术提供的提升LED老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法，制备得到P
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InGaN/MgN/GaN超晶格电流扩展层，该超晶格电流扩展层通过掺杂In/Mg，In原子作为活化剂能增加Mg原子的并入量，也可以与芯片电极形成良好的欧姆接触，降低压降，改善老化测试时的发热，MgN/GaN结构，通过Mg原子的扩散形成的GaN层，即能改善P层表面形貌，减少漏洞通道，同时MgN/GaN层的能带差也能改善电流扩展，该结构改善了外延层的P型磊晶质量，提升了大电流扩展及老化后LED的抗静电能力，本专利技术的GaN基外延层相比于常规的LED结构ESD(静电释放)老化后提升机械模式300V。
[0019]进一步地，P
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InGaN/MgN/P
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GaN超晶格的周期为5～10个，单个周期的P
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InGaN/MgN/P
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GaN超晶格的厚度为1～2nm，单个周期中P
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InGaN/MgN/P
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GaN厚度比为2：1：1。
[0020]从上述描述可知，周期数及周期厚度太多或太厚会影响光的取出率，如果太薄太少不能改善电流扩展。
[0021]进一步地，电流扩展层中Mg的掺杂浓度为1E+18～5E+19atom/cm3，In的掺杂浓度是1E+19～2E+20atom/cm3。
[0022]进一步地，生长电流扩展层在反应腔中进行，反应腔的温度为700～800℃、压力为500～1000mbar，通入60000～75000sccm的NH3、25～50sccm的TEGa和300～1000sccm的Cp2Mg，间歇性地通入100～500sccm的TMIn。
[0023]进一步地，生长电流扩展层时的间歇性指的是：在生长P
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InGaN/MgN/P
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GaN时这一个周期时，只有P
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InGaN这层通TMIn，通TEGa和Cp2Mg，在生长MgN这层只通Mg，，在生长P
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GaN时，通TEGa和Cp2Mg。
[0024]从上述描述可知，温度和压力需配合掺杂浓度进行调整，温度低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升LED芯片老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在AlN衬底上依次生长buffer层、U型GaN层、N型GaN层、多量子阱有源区层、低温P型GaN层、p型AlGaN超晶格层和高温P型GaN层；S2：在高温P型GaN层上生长厚度为5～10nm的电流扩展层，得到GaN基外延层；所述电流扩展层为P
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InGaN/MgN/GaN超晶格。2.根据权利要求1所述的提升LED芯片老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法，其特征在于，所述P
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InGaN/MgN/P
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GaN超晶格的周期为5～10个，单个周期的P
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InGaN/MgN/P
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GaN超晶格的厚度为1～2nm，单个周期中P
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InGaN/MgN/P
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GaN厚度比为2：1：1。3.根据权利要求1所述的提升LED芯片老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法，其特征在于，所述电流扩展层中Mg的掺杂浓度为1E+18～5E+19atom/cm3，In的掺杂浓度是1E+19～2E+20atom/cm3。4.根据权利要求1所述的提升LED芯片老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法，其特征在于，生长所述电流扩展层在反应腔中进行，反应腔的温度为700～800℃、压力为500～1000mbar，通入60000～75000sccm的NH3、25～50sccm的TEGa和300～1000sccm的Cp2Mg，间歇性地通入100～500sccm的TMIn。5.根据权利要求1所述的提升LED芯片老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法，其特征在于，生长所述buffer层在反应腔中进行，反应腔的温度为780～880℃、压力为100～200mbar，通入1～2min氨气、氮气和100～300sccm的TMGa2，得到厚度为0.005～0.1um的Buffer层。6.根据权利要求1所述的提升LED芯片老化后抗静电能力的GaN基外延层生长方法，其特征在于，生长所述U型GaN层在反应腔中进行，反应腔的温度为1100～13...

【专利技术属性】
技术研发人员：马昆旺，马野，邹声斌，贺卫群，刘恒山，
申请(专利权)人：福建兆元光电有限公司，
类型：发明
国别省市：