一种led外延层生长方法及制得的led外延层的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种LED外延层生长方法及制得的LED外延层，生长方法中的生长P型GaN层步骤为：在温度930-950℃，压力200-600mbar的反应室内，重复间隔性地通入A、B两组原料，直至P型GaN层的厚度为100-300nm；A组原料为NH3、TMGa，生成1-5nm的GaN层；B组原料为NH3、TMGa、Cp2Mg，生成10-20nm的掺Mg的GaN层。本发明通过调整P型GaN层生长方式，将高温P型掺Mg的GaN层设计为GaN/GaN：Mg层超晶格，改善空穴迁移时分布，使得器件工作电流得到疏散，通入发光层的电流更加均匀，降低器件的驱动电压以及提升发光效率。
【专利说明】—种LED外延层生长方法及制得的LED外延层
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及LED外延设计【技术领域】，特别地，涉及一种LED外延层生长方法及制得的LED外延层。
【背景技术】
[0002]以GaN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、高可靠性灯优点，正在迅速被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。
[0003]因此，LED的各方面性能提升都被业界重点关注。
[0004]目前，空穴在LED外延结构的P层传播时，其纵向运动会受到超晶格的GaN层的阻碍，使得器件偶尔出现不工作的现象。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种LED外延层生长方法及制得的LED外延层，以解决空穴在P层纵向运动受到阻碍的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种LED外延层生长方法，依次包括处理衬底、生长低温缓冲GaN层、生长非掺杂GaN层、生长掺Si的GaN层、生长有缘层MQW、生长P型AlGaN层、生长P型GaN层步骤，所述生长P型GaN层步骤为:
[0007]在温度为930_950°C，反应腔压力在200_600mbar的反应室内，重复间隔性地通入A、B两组原料，直至P型GaN层的厚度为100-300nm ；
[0008]其中，A组原料为50000-60000sccm的NH3、20_40sccm的TMGa源，生成厚度为l-5nm 的 GaN 层；B 组原料为 50000-60000sccm 的 NH3、20_40sccm 的 TMGa、1500-2500sccm 的Cp2Mg源，生成厚度为10_20nm的掺Mg的GaN层，Mg的掺杂浓度为lE+19_lE+20atom/cm3。
[0009]优选的，先通入A组原料，再通入B组原料。
[0010]优选的,先通入B组原料,再通入A组原料。
[0011]优选的，所述生长掺Si的GaN层步骤为:
[0012]持续生长厚度为2_4um的N型掺Si的GaN层，Si的掺杂浓度为5E18_lE19atom/
3
cm ο
[0013]优选的，所述生长有缘层MQW步骤为:
[0014]在温度7OO-75OO，压力 300_400mbar 的反应室内，通入 I5OO-17OOsccm 的 TMIn 和20-30sccm 的 TMGa 生长掺杂 In 的厚度为 3_4nm 的 InxGa(1_x)N 层，其中 x = 0.15-0.25 ；
[0015]温度为800-850°C，生长厚度为10_15nm的GaN层，InxGa(1_x)N/GaN层的周期数为10-15 ；In 的掺杂浓度为 lE20-3E20atom/cm3。
[0016]本发明还公开了根据上述的LED外延层生长方法制得的LED外延层，包括厚度为100-300nm的P型GaN层，所述P型GaN层包括若干个双层单元，每个双层单元包括:
[0017]GaN 层:厚度为 l_5nm ；[0018]掺Mg 的 GaN 层:厚度为 10_20nm。
[0019]优选的,在所述双层单元中，所述GaN层在所述掺Mg的GaN层之上,或者,所述GaN层在所述掺Mg的GaN层之下。
[0020]优选的，在非掺杂GaN层和有缘层MQW之间，包括掺Si的GaN层，厚度为2_4um。
[0021]本发明具有以下有益效果:
[0022]本发明通过对P型GaN层生长方式的调整，将原本恒定掺杂的高温P型掺Mg的GaN层设计为GaN/GaN:Mg层超晶格，并将超晶格内含的GaN材料的厚度设计为l_5nm。不但增加超晶格内部的空穴浓度，增加界面的空穴的横向扩展，又能使得空穴纵向迁移率没有受到明显的限制，整体的效果是改善空穴迁移时分布，使得器件工作时拥挤的电流得到疏散，通入发光层的电流更加均匀，一方面可以显著降低器件的驱动电压，一方面可以提升器件的发光效率。
[0023]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0025]图1是本发明对比实施例的结构示意图；
[0026]图2是本发明实施例的结构示意图；
[0027]图3是样品I与样品2的亮度对比图；
[0028]图4是样品I与样品2的电压对比图；
[0029]其中，1、衬底，2、低温缓冲GaN层，3、非掺杂GaN层，4、掺Si的GaN层，5、有缘层MQff, 6, P 型 AlGaN 层，7、P 型 GaN 层，8、GaN 层，9、掺 Mg 的 GaN 层。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0031]以下分别说明采用以现有传统方法制备样品I的对比实施例一，和采用本发明生长方法制备样品2的实施例一，再将两种方法得到样品I和样品2进行性能检测比较。
[0032]对比实施例一、
[0033]参见图1，本发明运用MOCVD来生长高亮度GaN基LED外延片。采用高纯H2或高纯N2或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，N型掺杂剂为硅烷(SiH4)，三甲基铝(TMAl)作为铝源，P型掺杂剂为二茂镁(CP2Mg)，衬底为(0001)面蓝宝石，反应压力在IOOmbar到
8O Ombar 之间。
[0034]1、在1000-1200°C，反应腔压力维持在75_150mbar的氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底5-10分钟；
[0035]2、降温至550_650°C下，反应腔压力维持在400-600mbar，在蓝宝石衬底上生长厚度为20-50nm的低温缓冲层GaN ；[0036]3、升高温度到1000-1200°C下，反应腔压力维持在150_300mbar，持续生长2_4 μ m的不掺杂GaN ；
[0037]4、然后持续生长掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E+18-lE+19atom/cm3，总厚度控制在2-4 μ m ;
[0038]5、周期性生长有缘层MQW，反应腔压力维持在300-400mbar，低温700-750°C生长掺杂 In 的 3-4nmInxGa(1_x)N(x = 0.15-0.25)层，In 掺杂浓度 lE+20-3E+20atom/cm3，高温800-850°C生长 10-15nmGaN 层，InxGa(1_x)N/GaN 周期数为 10-15 ；
[0039]6、再升高温度到900-1000°C，反应腔压力维持在200-400mbar，持续生长20_50nm的 P 型 AlGaN 层，Al 掺杂浓度 lE+20-3E+20atom/cm3，Mg 掺杂浓度 5E+18_lE+19atom/cm3 ；
[0040]7、再升高温度到930-950 °C，反应腔压力维持在200-600mbar，持续生长100-300nm 的掺镁的 P 型 GaN 层，Mg 掺杂浓度 lE+19-lE+20atom/cm3 ；
[0041]8、最后降温至700-800°C，保温20_30min，接着炉内冷却。
[0042]实施例一、
[0043]参见图2，本发明运用MOCVD来生长高亮度GaN基LED外延片。采用高纯H2或高纯N2或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，N型掺杂剂为硅烷(SiH4)，三甲基铝(TMAl)作为铝源，P型掺杂剂为二茂镁(CP2Mg)，衬底为(0001)面蓝宝石，反应压力在IOOmbar到800mbar之间。
[0044]一种LED外延层生长方法，依次包括处理衬底、生长低温缓冲GaN层、生长非掺杂GaN层、生长掺Si的GaN层、生长有缘层MQW、生长P型AlGaN层、生长P型GaN层步骤，其操作方式为:
[0045]1、在1000-1200°C，反应腔压力维持在75_150mbar的氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底5-10分钟；
[0046]2、降温至550_650°C下，反应腔压力维持在400-600mbar，在蓝宝石衬底上生长厚度为20-50nm的低温缓冲层GaN ；
[0047]3、升高温度到1000-1200°C下，反应腔压力维持在150_300mbar，持续生长2-4 μ m的不掺杂GaN ；
[0048]4、然后持续生长掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E+18-lE+19atom/cm3，总厚度控制在2-4 μ m ;
[0049]5、周期性生长有缘层MQW，反应腔压力维持在300-400mbar，通入1500-1700sccm的 TMIn 和 20-30sccm 的 TMGa,低温 700-750 °C 生长掺杂 In 的 3-4nmInxGa(l_x)N(x =
0.15-0.25)层，In 掺杂浓度 lE+20-3E+20atom/cm3,高温 800_850°C生长 10_15nmGaN 层，InxGa (1-x) N/GaN 周期数为 10-15 ；
[0050]6、再升高温度到900-1000°C，反应腔压力维持在200-400mbar，持续生长20_50nm的 P 型 AlGaN 层，Al 掺杂浓度 lE+20-3E+20atom/cm3，Mg 掺杂浓度 5E+18_lE+19atom/cm3 ；
[0051]7、再升高温度到930-950 °C，反应腔压力维持在200-600mbar，(I)通入50000-60000sccm 的 NH3、20_40sccmTMGa 源以及载气生长 l_5nm 的 GaN ； (2)接着通入50000-60000sccm 的 NH3、20_40sccm 的 TMGa、1500_2500sccm 的 Cp2Mg 源以及载气生长10-20nm的GaN =Mg层，Mg的掺杂浓度lE+19_lE+20atom/cm3 ;接着以(I)、(2)为基础交替时长，高温P层控制在100-300nm ；
[0052]其中，(I)⑵步骤的先后顺序可以调换。也即是，GaN层可以在掺Mg的GaN层之上，GaN层也可以在掺Mg的GaN层之下。
[0053]8、最后降温至700-800°C，保温20_30min，接着炉内冷却。
[0054]然后，采用对比实施例一描述的方法制备样品1，采用实施例一描述的方法制备样品2 ;样品I和样品2不同点在于高温P层参数不同，生长其它外延层生长条件完全一样。生长条件请参考表1。
[0055]表1生长参数的对比
【权利要求】
1.一种LED外延层生长方法，依次包括处理衬底、生长低温缓冲GaN层、生长非掺杂GaN层、生长掺Si的GaN层、生长有缘层MQW、生长P型AlGaN层、生长P型GaN层步骤，其特征在于， 所述生长P型GaN层步骤为: 在温度为930-950°C，反应腔压力在200-600mbar的反应室内，重复间隔性地通入A、B两组原料，直至P型GaN层的厚度为100-300nm ； 其中,A组原料为50000-60000sccm的NH3、20_40sccm的TMGa源，生成厚度为l_5nm的GaN 层；B 组原料为 50000-60000sccm 的 NH3、20_40sccm 的 TMGa、1500_2500sccm 的 Cp2Mg源，生成厚度为10_20nm的掺Mg的GaN层，Mg的掺杂浓度为lE+19_lE+20atom/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种LED外延层生长方法，其特征在于，先通入A组原料，再通入B组原料。
3.根据权利要求1所述的一种LED外延层生长方法，其特征在于，先通入B组原料，再通入A组原料。
4.根据权利要求1所述的一种LED外延层生长方法，其特征在于，所述生长掺Si的GaN层步骤为: 持续生长厚度为2-4um的N型掺Si的GaN层，Si的掺杂浓度为5E18-lE19atom/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种LED外延层生长方法，其特征在于，所述生长有缘层MQW步骤为: 在温度700-750 °C，压力300-400mbar的反应室内，通入1500_1700sccm的TMIn和20-30sccm 的 TMGa 生长掺杂 In 的厚度为 3_4nm 的 InxGa(1_x)N 层，其中 x = 0.15-0.25 ； 温度为800-850°C，生长厚度为10-15nm的GaN层，InxGa(1_x)N/GaN层的周期数为10-15 ；In 的掺杂浓度为 lE20-3E20atom/cm3。
6.根据权利要求1-5任一项所述的LED外延层生长方法制得的LED外延层，其特征在于，包括厚度为100-300nm的P型GaN层，所述P型GaN层包括若干个双层单元，每个双层单元包括: GaN层:厚度为l-5nm ； 掺Mg的GaN层:厚度为10-20nm。
7.根据权利要求6所述的LED外延层，其特征在于，在所述双层单元中，所述GaN层在所述掺Mg的GaN层之上，或者，所述GaN层在所述掺Mg的GaN层之下。
8.根据权利要求6所述的LED外延层，其特征在于，在非掺杂GaN层和有缘层MQW之间，包括掺Si的GaN层，厚度为2-4um。
【文档编号】H01L33/14GK103956413SQ201410165337
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】张宇, 林传强, 农民涛, 周佐华 申请人:湘能华磊光电股份有限公司