一种led外延生长方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体照明技术领域，具体地说，是涉及一种提升LED光效性能的外 延生长方法。
【背景技术】
[0002] 目前LED是一种固体照明，体积小、耗电量低使用寿命长高亮度、环保、坚固耐用 等优点受到广大消费者认可，国内生产LED的规模也在逐步扩大。
[0003] 市场上对LED亮度和光效的需求与日倶增，现有技术的LED外延电子阻挡层 PAlGaN存在诸多缺点，Mg在AlGaN材料中激活能非常高，Mg的激活效率非常低，空穴浓度 低，空穴在高能带的AlGaN材料中迀移率非常低，空穴的传输注入效率低下。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是采用pAlGaN/InMgN/pInGaN超晶格层代替原来的 PAlGaN材料，有效改善传统电子阻挡层不足之处，可以大幅度提升Mg的掺杂效率和激活效 率，空穴浓度得到提升，LED亮度得到提升，更好地满足市场的需求。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种LED外延生长方法，包括步骤：
[0006] 处理蓝宝石衬底；
[0007] 生长低温缓冲层；
[0008] 低温缓冲层退火处理；
[0009] 生长不掺杂Si的N型GaN层；
[0010] 生长第一掺杂Si的N型GaN层；
[0011] 生长第二掺杂Si的N型GaN层；
[0012] 生长发光层；
[0013] 生长pAlGaN/pInMgN/pInGaN超晶格层，包括以下步骤：
[0014] 生长pAlGaN层：保持反应腔压力500-750mbar、温度950-1000 °C，通入流量为 70000-80000sccm 的 NH3、60-70sccm 的 TMGa、90-110L/min 的 H2、120-140sccm 的 TMA1、 1500-2000sccm 的 Cp2Mg，生长 2-5nm 的 pAlGaN 层，Al 掺杂浓度 I X 102°-3 X 102°atom/cm3， Mg 惨杂浓度 I X IO19-I X 102°atom/cm3;
[0015] 生长plnMgN层：保持反应腔压力500-750mbar、温度950-1000 °C，通入流量为 50000-60000sccm 的 NH3、400-600sccm 的 TMIn、100-120L/min 的 H2、1500-2000sccm 的 Cp2Mg，生长 7-1 Inm 的 InMgN 层；
[0016] 生长plnGaN层：保持反应腔压力500-750mbar、温度950-1000 °C，通入流量为 50000-55000sccm 的 NH3、50-70sccm 的 TMGa、90-110L/min 的 H2、1200-1400sccm 的 TMIn、 900_1000sccm 的 Cp2Mg，生长 4_7nm 的 plnGaN 层，In 惨杂浓度 3X 1019-4X 1019atom/cm3，Mg 掺杂浓度 IX IO19-IX l〇2°atom/cm3;
[0017] 生长高温掺杂Mg的P型GaN层；
[0018] 最后降温至650-680°C，保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉 冷却。
[0019] 优选地，所述生长pAlGaN/pInMgN/pInGaN超晶格层为周期性生长pAlGaN/InMgN/ PlnGaN超晶格层，周期数为4-7。
[0020] 优选地，所述处理蓝宝石衬底，进一步为，
[0021] 在1000-1100°C的的氢气气氛下，通入100_130L/min的H2,保持反应腔压力 100_300mbar，处理蓝宝石衬底8-10分钟。
[0022] 优选地，所述生长低温缓冲层，进一步为，
[0023] 降温至500-600 °C下，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为 10000-20000sccm 的 NH3、50-100sccm 的 TMGa、100-130L/min 的 H2、在蓝宝石衬底上生长厚 度为20_40nm的低温缓冲层。
[0024] 优选地，所述低温缓冲层退火处理，进一步为，
[0025] 升高温度1000-1100 °C下，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为 30000-40000sccm的NH3、100-130L/min的H2、保持温度稳定持续300-500°C，使得低温缓冲 层腐蚀成不规则小岛。
[0026] 优选地，所述生长不掺杂Si的N型GaN层，进一步为，
[0027] 升高温度到1000-1200 °C，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为 30000-40000sccm 的 NH3、200-400sccm 的 TMGa、100-130L/min 的 H2、持续生长 2-4 μ m 的不 掺杂Si的N型GaN层。
[0028] 优选地，所述生长第一掺杂Si的N型GaN层，进一步为，
[0029] 保持反应腔压力300-600mbar、温度1000-1200 °C不变，通入流量为 30000-60000sccm 的 NH3、200-400sccm 的 TMGa、100-130L/min 的 H2、20-50sccm 的 SiH4,持 续生长 3-4 μ m 第一惨杂 Si 的 N 型 GaN 层，Si 惨杂浓度 5 X 1018atom/cm3_l X 1019atom/cm3。
[0030] 优选地，所述生长第二掺杂Si的N型GaN层，进一步为，
[0031] 保持反应腔压力300-600mbar、温度1000-1200 °C不变，通入流量为 30000-60000sccm 的 NH3、200-400sccm 的 TMGa、100-130L/min 的 H2、2-10sccm 的 SiH4,持 续生长 200-400nm 第二掺杂 Si 的 N 型 GaN 层，Si 掺杂浓度 5 X 1017atom/cm3-l X 10lsatom/ cm3 〇
[0032] 优选地，所述生长发光层，进一步为，
[0033] 保持反应腔压力 300-400mbar、温度 700-750°C，通入流量为 50000-70000sccm 的 NH3、20-40sccm 的 TMGa、1500-2000sccm 的 TMIn、100-130L/min 的 N2,生长掺杂 In 的 2. 5-3. 5nmInxGa(l-x)N 层，其中 X 在 0· 20-0. 25 之间，发光波长 450-455nm ;
[0034] 接着升高温度750-850 °C，保持反应腔压力300-400mbar，通入流量为 50000-70000sccm 的 NH3、20-100sccm 的 TMGa、100-130L/min 的 N2,生长 8-15nmGaN 层；
[0035] 然后重复生长InxGa (1-x) N层，重复生长GaN层，交替生长InxGa (1-x) N/GaN发光 层，控制周期数为7-15。
[0036] 优选地，所述生长高温掺杂Mg的P型GaN层，进一步为，
[0037] 保持反应腔压力400-900mbar、温度950-1000°C，通入流量为50000-70000sccm的 NH3、20-100sccm 的 TMGa、100-130L/min 的 H2、1000-3000sccm 的 Cp2Mg，持续生长 50-200nm 的高温掺杂Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度I X IO19-I X 102°atom/cm3。
[0038] 与现有技术相比，本发明所述的LED外延生长方法，达到了如下效果：
[0039] 本发明采用新的材料pAlGaN/InMgN/pInGaN超晶格层作为新的电子阻挡层，利用 In的原子活性减少Mg的激活能，提高了 Mg的激活效率和Mg的掺杂效率，空穴浓度提高，空 穴注入效率提高，LED器件的光效得到提升。
【附图说明】
[0040] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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： [0041 ] 图1为本发明的LED外延生长方法的流程图；
[0042] 图2为本发明的外延生长方法制得的LED结构；
[0043] 图3为现有技术外延生长方法得到的LED结构。
【具体实施方式】
[0044] 如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员 应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以 名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在 通篇说明书及权利要求当中所提及的"包含"为一开放式用语，故应解释成"包含但不限定 于"。"大致"是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所 述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，"耦接"一词在此包含任何直接及间接的电性 耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电 性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说 明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目 的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0045] 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