一种高亮度氮化镓基发光二极管外延生长方法技术

本发明专利技术提供一种高亮度氮化镓基发光二极管外延生长方法，其生长方法包括以下步骤：通过在高温生长P层GaN层的过程中，分为2层进行生长：高温P层氮化镓层（Hp-1）及高温P层氮化镓层（Hp-2）。本发明专利技术通过在高温P层氮化镓中，Mg掺杂采用非均匀生长，同时在Mg非均匀掺杂生长过程中包含In元素掺杂，该种优化的低In组分条件下的非均匀Mg掺杂的生长方法，可以减少补偿效应，提高载流子浓度，能有效抑制P-GaN位错的形成，提高晶体质量，提高器件的使用寿命；同时，Mg在InGaN材料中的电离能比在GaN中低，可以获得较高的空穴浓度，提高辐射发光效率，从而可以获得高亮度发光二极管。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，其生长方法包括以下步骤：通过在高温生长P层GaN层的过程中，分为2层进行生长：高温P层氮化镓层（Hp-1）及高温P层氮化镓层（Hp-2）。本专利技术通过在高温P层氮化镓中，Mg掺杂采用非均匀生长，同时在Mg非均匀掺杂生长过程中包含In元素掺杂，该种优化的低In组分条件下的非均匀Mg掺杂的生长方法，可以减少补偿效应，提高载流子浓度，能有效抑制P-GaN位错的形成，提高晶体质量，提高器件的使用寿命；同时，Mg在InGaN材料中的电离能比在GaN中低，可以获得较高的空穴浓度，提高辐射发光效率，从而可以获得高亮度发光二极管。【专利说明】
本专利技术涉及半导体照明
，具体为。
技术介绍
发光二极管(LED,Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件,其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。LED是目前半导体照明领域应用最为广泛的器件，其高效、节能、环保和寿命长、低功耗等优点，使其在动态显示、工业照明领域有非常好的应用前景。LED发光效率是衡量LED器件好坏至关重要的指标之一，而提高LED器件的提取效率已经成为提高发光效率的主要因素。伴随着外延生长技术的不断提高，氮化镓基LED的发光效率得到了明显的改善。为了实现高亮度LED器件，需要进一步提高LED的发光效率和器件性能。在外延层结构中，采用掺杂Mg的PGaN材料作为P型材料，通常PGaN的生长温度要比有源区生长温度高200-400°C，而后面生长PGaN的高温环境对有源层InGaN的破坏较大，使得InGaN相分凝过度，富铟和贫铟区体积增大，辐射复合数量和量子限制效应都减小，导致发光强度大幅下降。通过在外延结构生长过程中采用优化的非均匀掺杂Mg生长高温PGaN层，该种掺杂生长方法具有载流子浓度高、补偿效应少，可以有效抑制P-GaN位错的形成，提高晶体质量，提高器件的使用寿命。该种优化的Mg非均匀掺杂生长高温PGaN层，包含In元素掺杂，Mg在InGaN材料中的电离能比在GaN中低，说明在InGaN中，相同的Mg掺杂浓度可以获得较闻的空穴浓度，提闻福射发光效率，从而可以获得闻売度发光二极管。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供，通过在高温P层氮化镓中，Mg掺杂采用非均匀生长，同时在Mg非均匀掺杂生长过程中包含In元素掺杂，该种优化的低In组分条件下的非均匀Mg掺杂的生长方法，可以减少补偿效应，提高载流子浓度，能有效抑制P-GaN位错的形成，提高晶体质量，提高器件的使用寿命，以解决上述
技术介绍
中的问题。本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:，其外延结构从下向上的顺序依次为:衬底、低温GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型GaN层、多量子阱结构MQW、多量子阱有源层、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层和P型接触层，其发光二极管外延生长方法包括以下步骤: 步骤一， 将衬底在1000-120(TC氢气气氛里进行高温清洁处理5-20min，然后进行氮化处理；步骤二，将温度下降到500-650°C之间，生长厚度为20-30nm的低温GaN缓冲层，生长压力控制在 300-760Torr 之间，V / III比为 10-1200 ； 步骤三，所述低温GaN缓冲层生长结束后，停止通入三甲基镓(TMGa)，衬底温度升高至900-1200°C之间，对所述低温GaN缓冲层进行原位热退火处理，退火时间在5_30min，退火之后，将温度调节至1000-1200°C之间，外延生长厚度为0.5-2 μ m的GaN非掺杂层，生长压力在 100-500Torr 之间，V / III比为 150-2000 ； 步骤四，所述GaN非掺杂层生长结束后，生长一层掺杂浓度稳定的N型GaN层，厚度为1.2-4.2 μ m,生 长温度在1000-1200°C之间，压力在100_600Torr之间，V /III比为100-2500 ； 步骤五，所述N型GaN层生长结束后，生长多量子阱结构MQW，所述多量子阱结构MQW由2-15个周期的InxGal-xN/GaN (0<x<0.4)多量子阱组成，I个周期的InxGal-xN/GaN量子阱厚度在2-5nm之间，生长温度为720_920°C，压力在100_600Torr之间，V /III比为200-5000 ； 步骤六，所述多量子阱结构MQW生长结束后，生长多量子阱有源层，所述多量子阱有源层生长温度在720-820°C之间，压力在100-500 Torr之间，V / III摩尔比在300-5000之间，所述发光层多量子阱由3-15个周期的InyGal-yN(X〈y〈l)/GaN多量子阱组成，所述发光层多量子阱的厚度在2-5nm之间；所述发光层多量子阱中In的摩尔组分含量是不变的，在10%-50%之间；垒层厚度不变，厚度在10-15nm之间，生长温度在820-920°C之间，压力在100-500 Torr 之间，V / III摩尔比在 300-5000 之间； 步骤七，所述多量子阱有源层生长结束后，生长厚度为IO-1OOnm的低温P型GaN层，生长温度在620-820°C之间，生长时间为5-35min，压力在100_500Torr之间，V /III比为300-4800 ； 步骤八，所述低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为10-50nm的P型AlGaN层，生长温度在900-1100°C之间，生长时间为5-15min，压力在50_500Torr之间，V / III比为5-800，P型AlGaN层中Al的摩尔组分含量控制在10%_30%之间； 步骤九，所述P型AlGaN层生长结束后，生长厚度为100-600nm的高温PInxGal-xN(0<x<40%)层(Hp-1)，生长温度在700-950 °C之间，生长时间为3_15min，压力在100-500Torr之间，V /III比为200-600之间，二茂镁的摩尔流量为1.2X10—4至8.76X10。摩尔每分钟； 步骤十，所述P型GaN层生长结束后，生长厚度为100-600nm的高温PInxGal-xN(0<x<40%)层(Hp-2)，生长温度在700-950 °C之间，生长时间为3_15min，压力在100-500Torr之间，V / III比在100-500之间，氨气的流量为5至50升每分钟，三甲基镓的摩尔流量为1.16X10—4至7.8X10_3摩尔每分钟，二茂镁的摩尔流量为1.2X10—4至8.76X10—3摩尔每分钟。步骤^^一，所述高温P型GaN层生长结束后，生长厚度在5_20nm之间的P型接触层，生长温度在850-1050°C之间，生长时间为Ι-lOmin，压力在100_500Torr之间，V /III比为1000-4000，氨气的流量为10至40升每分钟； 步骤十二，外延生长结束后，将反应室的温度降至650-800 V之间，采用纯氮气气氛进行退火处理2-15min，然后降至室温；随后，经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后续加工工艺制成单颗小尺寸芯片。所述高温P层氮化镓层(Hp-1)及高温P层氮化镓层(Hp-2)中的Mg掺杂量不同，前后两层Mg的摩尔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高亮度氮化镓基发光二极管外延生长方法，其特征在于：其外延结构从下向上的顺序依次为：衬底、低温GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型GaN层、多量子阱结构MQW、多量子阱有源层、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层和P型接触层，其发光二极管外延生长方法包括以下步骤：步骤一，将衬底在1000?1200℃氢气气氛里进行高温清洁处理5?20min，然后进行氮化处理；步骤二，将温度下降到500?650℃之间，生长厚度为20?30nm的低温GaN缓冲层，生长压力控制在300?760Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为10?1200；步骤三，所述低温GaN缓冲层生长结束后，停止通入三甲基镓（TMGa），衬底温度升高至900?1200℃之间，对所述低温GaN缓冲层进行原位热退火处理，退火时间在5?30min，退火之后，将温度调节至1000?1200℃之间，外延生长厚度为0.5?2μm的GaN非掺杂层，生长压力在100?500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为150?2000；步骤四，所述GaN非掺杂层生长结束后，生长一层掺杂浓度稳定的N型GaN层，厚度为1.2?4.2μm，生长温度在1000?1200℃之间，压力在100?600Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为100?2500；步骤五，所述N型GaN层生长结束后，生长多量子阱结构MQW，所述多量子阱结构MQW由2?15个周期的InxGa1?xN/GaN?(0...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽彬，李刚，吴礼清，蒋利民，
申请(专利权)人：合肥彩虹蓝光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：