GaN层生长方法及所得LED外延层和LED芯片的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及LED外延层结构领域，特别地，涉及一种GaN层生长方法及所得LED外 延层和LED芯片。
【背景技术】
[0002] 目前普遍采用的GaN生长方法是在蓝宝石衬底上进行异质外延。但是蓝宝石与 GaN间存在较大的晶格失配率（约为13-16% )和热失配比例，使得GaN外延层中的失配位 错密度较高（约为~K^cm2)。现有衬底上设置缓冲层来减少晶格失配率和热失配率。缓 冲层包括在蓝宝石衬底生长的成核成核层和设置于成核层上的GaN层。GaN层上为掺Si的 N型GaN层。
[0003] 现有方法多通过调整成核层的生长参数，来提高GaN与蓝宝石衬底晶体相接处的 晶格匹配质量。但是，由于成核层在衬底上所形成的晶核仍然属于在衬底上进行异质外延， 因而通过这种手段进行调整，对所得GaN晶体质量的提高效果有限。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种GaN层生长方法及所得LED外延层和LED芯片，以解决现有技术 中衬底上生长GaN时二者相接处存在较严重的晶格失配率和热失配的技术问题。
[0005] 根据本发明的一个方面，提供了一种GaN层生长方法，包括以下步骤：S1步骤：在 950°C，反应压力为400~500mbar的条件下，在GaN成核层上持续生长200~400s的第一 GaN层；S2步骤：然后升温至1000~1050°C，反应压力为500~600mbar的条件下，在所述 第一 GaN层上持续生长800~1000s的第二GaN层，得到所述GaN层。
[0006] 进一步地，第一GaN层的反应压力为500mbar。
[0007] 进一步地，第一 GaN层的持续生长时间为200s。
[0008] 进一步地，第二GaN层的生长温度为1000°C。
[0009] 进一步地，第二GaN层的生长压力为600mbar。
[0010] 根据本发明的另一个方面，提供了一种LED外延层，所述外延层中包括如上述的 方法制备得到的GaN层。
[0011] 根据本发明的另一个方面，提供了一种LED芯片，包括LED外延层，LED外延层为 如上述方法制备得到的LED外延层。
[0012] 进一步地，LED芯片的亮度为134. 7mW、电压为3. 12v、漏电0. 028、反向电压为37v 和2000v下的抗静电能力为81. 20%。
[0013] 本发明具有以下有益效果：
[0014] 本发明提供的生长方法通过调整GaN层的生长温度、生长压力和在相应条件下的 生长时间，实现对GaN晶体的分段生长，使分段生长所得具有少许差别的GaN晶体相互配 合，从而实现了 GaN晶体的结晶质量的提升，并减少GaN晶体与衬底晶体之间的晶格失配 率。
[0015] 本发明还提供了按上述方法制备得到的LED外延片，该外延片中GaN晶体与衬底 中的晶格配合率得到较大提高。
[0016] 本发明还提供了按上述方法制备得到的LED芯片，该LED芯片中衬底与GaN晶体 之间的晶格失配率得到有效降低。
[0017] 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。
【附图说明】
[0018] 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：
[0019] 图1是本发明优选实施例3与对比例1方法制备得到的晶体XRD结果对比示意图； 以及
[0020] 图2是本发明优选实施例3与对比例2中方法制备得到的晶体XRD结果对比示意 图。
【具体实施方式】
[0021] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定 和覆盖的多种不同方式实施。
[0022] 若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0023] 本文中涉及到的百分号" ％"，若未特别说明，是指质量百分比；但溶液的百分比， 除另有规定外，是指溶液l〇〇ml中含有溶质若干克；液体之间的百分比，是指在20°C时容量 的比例。
[0024] 本发明提供了一种在蓝宝石或其他常用LED芯片的衬底上生长具有较好晶体质 量的GaN层的生长方法。本方法通过调整很少涉及的纵向GaN层的生长条件，从而实现对 横向缓冲层所得晶体质量的调整，极大的减少了，所得GaN层与衬底之间的晶格失配率，进 而提高了所得LED芯片各项性能。
[0025] 具体的本发明提供了一种GaN层生长方法，包括以下步骤：
[0026] S1步骤：在950°C下，反应压力为400~500mbar的条件下，在横向缓冲层上持续 生长200~400s的第一 GaN层，其中所通入三甲基镓流量为200sccm ;
[0027] S2步骤：然后升温至1000~1050°C，反应压力为500~600mbar的条件下，在第 一 GaN层上持续生长800~1000s的第二GaN层，得到GaN层，其中所通入三甲基镓流量为 280sccm〇
[0028] 其中成核层可以为常见的在衬底表面为GaN层提供晶核的层。发明人发现通过按 上述参数调整GaN层的生长条件，能使得GaN层分步生长所得交错的三维晶格结构与衬底 的匹配性得到提高。按此条件生长所得第一 GaN层的晶格结构以纵向生长的晶体为主，同 时所得晶格在实现纵向生长的同时还具有横向生长的趋势。配合在第一 GaN层上生长得到 的第二GaN层，第二GaN层这仅具有纵向生长趋势。通过将附着于衬底上的GaN层的晶格 结构做如上调整后，能提高所得GaN晶体与衬底的匹配程度，减少GaN晶体与衬底的晶格位 错。所得结果参见附图1和2。由图1~2可见，通过多因素协调，可以实现对二者晶格匹 配的有效提尚。
[0029] 优选的，第一 GaN层的反应压力为500mbar。此时所得第一 GaN层的晶格纵向和横 向生长趋势协同达到最优，能最大程度的提高所得GaN晶体与衬底的匹配性。
[0030] 优选的，第一 GaN层的持续生长时间为200s。此时第一 GaN层的厚度能最好的与 第二GaN层相匹配，使得最终所得GaN层的晶格匹配率达到最优。
[0031] 优选的，第二GaN层的生长温度为1000°C。此时升高温度后，能保证第二GaN层的 晶格生长以纵向生长为主，避免了其中的横向生长趋势对衬底晶格匹配的影响。
[0032] 优选的，第二GaN层的生长压力为600mbar。此时，能避免GaN晶格的纵向生长趋 势过生长，降低晶格匹配率。
[0033] 本发明另一方面还提供了一种包含上述方法制备得到的GaN层的LED外延层。所 得具有上述外延层的LED外延结构。能降低GaN晶体与衬底之间的晶格失配率。
[0034] 本发明另一方面还提供了一种具有上述LED外延层的LED芯片。该芯片可以按常 规方法制备得到。同时所得LED芯片的亮度为134. 7mW、电压为3. 12v、漏电0. 028、反向电 压为37v和2000v下的抗静电能力为81. 20%。充分证明了上述生长方法能有效提高所得 LED芯片的各项电学性能。
[0035] 实施例
[0036] 以下实施例中均运用M0CVD来生长高亮度GaN基LED外延片。采用氏或/和 队的混合气体作为载气，NH 3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（SiH 4)，三甲基铝（TMA1)作为铝源，P型掺杂剂为二茂 镁（CP2Mg)，衬底为（0001)面蓝宝石，反应压力为lOOmbar~800mbar。
[0037] 实施例1
[0038] LED外延层结构的生长条件包括以下步骤：
[0039] 1、在1000°C，反应腔压力维持在lOOmbar的氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底5分 钟；
[0040] 2、降温至550°C下，反应腔压力维持在400mbar，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm 的GaN成核层；
[0041] 3、S1步骤：在950°C下，反应压力为400mbar的条件下，在GaN成核层上持续生长 200s的第一 GaN层，其中三甲基镓的流量为200sccm ;
[0042] S2步骤：然后升温至1000°C，反应压力为500mbar的条件下，在第一 GaN层上持续 生长800s的第二GaN层，其中三甲基镓的流量为280sccm，得到GaN层，整个过程中順3的 流量为 28000sccm。
[0043] 4、升高温度到1150°C下，反应腔压力维持在200mbar，持续生长2000s的不掺杂 GaN ；
[0044] 5、然后持续生长掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E+18,总厚度控制在2 y m ;
[0045] 6、周期性生长有缘层MQW，反应腔压力维持在300mbar，低温700°C，（1)同时通入 50000sccm 的 NH3、lOOsccm 的 TEGa、1500sccm 的 TMIn 生长总厚度控制在 3nm 的 InGaN。然 后升高温度至800°C，压力不变，同时通入50000sccm的NH3、400sccm的TEGa生长约10nm 的GaN层.InGaN/GaN周期数