一种降低led二极管电压的外延方法
【技术领域】
[0001]本发明属于LED发光领域，涉及一种降低LED 二极管电压的外延方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light Emitting D1de，简称LED)是一种半导体发光器件，利用半导体P-N结电致发光原理制成。LED具有能耗低，体积小、寿命长，稳定性好，响应快，发光波长稳定等好的光电性能，目前已经在照明、家电、显示屏、指示灯等领域有很好的应用。
[0003]LED芯片电压是衡量LED品质的一个重要参数，相同大小的LED芯片在相同电流条件下LED芯片电压较高时说明芯片的等效电阻值较高，电能在转化为光能的过程中也会产生更多的热能，对于LED芯片尤其在大电流长时间的驱动下大量热量的产生对LED芯片的老化品质会产生很大的影响，因此有效降低LED芯片电压对提升LED品质有重要的影响。而在芯片制程条件一定的情况下通过外延工艺调整降低芯片电压就是唯一的方法。
[0004]传统外延改善电压的方法多对外延材料及结构进行优化，如η型掺杂、P型掺杂及内部电流扩展等结构设计，这些方法所涉及的参数较多，调整也较为复杂和耗时较久，且容易造成LED芯片其他性能受到影响。
[0005]因此，提供一种降低LED 二极管电压的外延方法以减少LED芯片工作时产生的热量，提高LED发光品质及寿命实属必要。
【发明内容】
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种降低LED 二极管电压的外延方法，用于解决现有技术中LED 二极管电压较高的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种降低LED 二极管电压的外延方法，至少包括以下步骤:
[0008]S1:提供一衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层及N型GaN层；
[0009]S2:在所述N型GaN层上生长浅量子阱周期性结构，其中，所述浅量子阱周期性结构为InGaN/GaN周期性结构，周期为3?30 ;每一 InGaN层中，In组分范围是I?10%，且自下而上位于不同周期的多个InGaN层中，In组分不同；
[0010]S3:在所述浅量子阱周期性结构上生长多量子阱发光层；
[0011]S4:在所述多量子阱发光层表面依次生长P型电子阻挡层、P型GaN层及P型接触层O
[0012]可选地，于所述步骤S4中，首先在所述多量子阱发光层表面依次生长非掺杂AlGaN层及低温P型层，再在所述低温P型层表面依次生长所述P型电子阻挡层、P型GaN层及P型接触层；所述低温P型层的生长温度范围是700?800°C。
[0013]可选地，于所述步骤SI中，所述缓冲层的生长温度范围是450?650°C，生长厚度范围是15?50nm ;所述非掺杂GaN层及所述N型GaN层的生长温度范围是1000?1200°C，所述非掺杂GaN层及所述N型GaN层的总厚度范围是1.5?4.5 ym ;所述N型GaN层中，Si掺杂浓度范围是5E18?3E19cnT3。
[0014]可选地，所述InGaN/GaN周期性结构的生长温度范围是700?900°C;所述InGaN/GaN周期性结构中，每一 InGaN层的厚度范围是1.0?4.0nm,每一 GaN层的厚度范围是1.0 ?9.0nm0
[0015]可选地，所述InGaN/GaN周期性结构中，六角晶体缺陷在表面的直径小于150nm。
[0016]可选地，所述InGaN/GaN周期性结构中，六角晶体缺陷的密度范围是5.0E8?1.0ElOcm 2O
[0017]可选地，所述多量子阱发光层为InGaN/GaN复合结构，包含5?18对势皇势阱周期；所述InGaN/GaN复合结构的生长温度范围是700?900°C;所述InGaN/GaN复合结构中，每一 InGaN层的In组分范围是15?20%，每一 InGaN层的厚度范围是2.0?4.0nm,每一GaN层的厚度范围是3?15nm?
[0018]可选地，所述P型电子阻挡层为P型AlGaN、P型AlInGaN或P型AlGaN/GaN超晶格结构；所述P型电子阻挡层的厚度范围是30?SOnm ;所述P型电子阻挡层中，Mg掺杂浓度范围是5E18?3.5E19cnT3。
[0019]可选地，所述P型GaN层的厚度为30?150nm ;所述P型GaN层中，Mg掺杂浓度范围是 5E18 ?lE20cnT3o
[0020]可选地，所述衬底为蓝宝石、GaN、Si或SiC衬底。
[0021]如上所述，本发明的降低LED 二极管电压的外延方法，具有以下有益效果:本发明通过优化缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层及浅量子阱周期性结构的外延生长条件，使得浅量子阱周期性结构中出现的六角晶体缺陷(V-pits)尺寸更小(直径小于150nm)、密度更高(5.0E8?1.0ElOcnT2)。这些尺寸较小密度较高的六角晶体缺陷可以产生“微漏电”效应，在相同的工作电流下，可以降低LED 二极管的工作电压，从而降低LED 二极管的发热，提升LED芯片的光效。同时，这些位于浅量子阱周期性结构中的尺寸较小密度较高的六角晶体缺陷不会对后续生长的P型GaN层产生不良影响，在降低LED芯片电压的同时，不会造成LED芯片其他性能受到影响。
【附图说明】
[0022]图1显示为本发明的降低LED 二极管电压的外延方法的工艺流程图。
[0023]图2显示为本发明的降低LED 二极管电压的外延方法中在衬底上生长缓冲层、非掺杂GaN层及N型GaN层的示意图。
[0024]图3显示为本发明的降低LED 二极管电压的外延方法中在所述N型GaN层上生长浅量子阱周期性结构的示意图。
[0025]图4显示为本发明的降低LED 二极管电压的外延方法中在所述浅量子阱周期性结构上生长多量子阱发光层的示意图。
[0026]图5显示为本发明的降低LED 二极管电压的外延方法中在所述多量子阱发光层表面依次生长P型电子阻挡层、P型GaN层及P型接触层的示意图。
[0027]元件标号说明
[0028]SI ?S4步骤
[0029]I衬底
[0030]2缓冲层
[0031]3非掺杂GaN层
[0032]4N 型 GaN 层
[0033]5浅量子阱周期性结构
[0034]6多量子讲发光层
[0035]7非掺杂AlGaN层
[0036]8低温P型层
[0037]9P型电子阻挡层
[0038]10P 型 GaN 层
[0039]11P型接触层
【具体实施方式】
[0040]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0041]请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0042]本发明提供一种降低LED 二极管电压的外延方法，请参阅图1，显示为该方法的工艺流程图，至少包括以下步骤:
[0043]S1:提供一衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层及N型GaN层；
[0044]S2:在所述N型GaN层上生长浅量子阱周期性结构，其中，所述浅量子阱周期性结构为InGaN/GaN周期性结构，周期为3?30 ;每一 InGaN层中，In组分范围是I?10%，且自下而上位于不同周期的多个InGaN层中，In组分不同；
[0045]S3:在所述浅量子阱周期性结构上生长多量子阱发光层；
[0046]S4:在所述多量子阱发光层表面依次生长P型电子阻挡层、P型GaN层及P型接触层O
[0047]首先请参阅图2，执行步骤S1:提供一衬底1，在所述衬底I上依次生长缓冲层2、非掺杂GaN层3及N型GaN层4。
[0048]具体的，所述衬底I包括但不限于蓝宝石、GaN、S1、SiC衬底等适合GaN及其半导体外延材料生长的材料。所述缓冲层2亦作为成核层，其生长温度范围是450?650°C，生长厚度范围是15?50nm。所述非掺杂GaN层3及所述N型GaN层4的生长温度范围是1000?1200°C，所述非掺杂GaN层3及所述N型GaN层4的总厚度范围是1.5?4.5 μ m ;其中，所述N型GaN层4的厚度范围是I?3ym。所述N型GaN层4中，Si掺杂浓度范围是 5E18 ?3E19cnT3。
[0049]然后请参阅图3，执行步骤S2:在所述N型GaN层4上生长浅量子阱周期性结构5，其中，所述浅量子阱周期性结构5为InGaN/GaN周期性结构，周期为3?30 ;每一 InGaN层中，In组分范围是I?10%，且自下而上位于不同周期的多个InGaN层中，In组分不同。
[0050]本实施例中，所述InGaN/GaN周期性结构的生长温度范围是700?900°C ;所述InGaN