CN102709424A - 一种提高发光二极管发光效率的方法 - Google Patents

一种提高发光二极管发光效率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高发光二极管发光效率的结构，该二极管外延片结构从下向上的顺序依次为衬底、低温缓冲层、高温缓冲层、N型层、N型层、电流扩展层、N型层、发光层MWQ、P型层、P型层、P型层。电流扩展层6采用超晶格结构组成，提高了发光效率和抗静电能力。本发明的优点在于：本发明所述的这种外延生长工艺的设计不仅使电流分布更加均匀，而且可以降低工作电压，提升ESD良率，改善漏电。

Description

一种提高发光二极管发光效率的方法
技术领域
本发明涉及一种能够应用于半导体发光二极管，特别是氮化镓基蓝绿光发光二极管，能有效提高其发光效率的一种新方法。
背景技术
半导体发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管(LED)可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前光电子学领域的研究热点。而为了获得高质量的LED，关键要提高器件的各项光电参数。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新的方法增加半导体发光二极管的发光效率和抗静电能力，这种方法直接运用于外延片生长工艺中，通过生长超晶格结构的电流扩展层，从而提高了发光二极管的发光效率和抗静电能力。
本发明的技术方案为：一种提高半导体发光二极管发光效率的方法，该二极管外延片结构从下向上的顺序依次为衬底、低温缓冲层、高温缓冲层、N型层 、N型层、电流扩展层 、N型层、发光层MWQ、P型层、P型层、P型层。电流扩展层的特殊生长工艺。本发明中，电流扩展层由层6a和层6b组成。如图2所示：电流扩展层6a的组分为AlxGa1-xN(0≤x＜1)。6a的掺杂浓度小于N型层，也可以不掺杂。6b的组分为AlyGa1-yN(0≤y＜1)。6b的掺杂浓度小于N型层5，7，也可以不掺杂。6b的禁带宽度≥6a的禁带宽度，6b的厚度≤6a的厚度。
本发明以高纯氢气（H2）或氮气（N2）作为载气，以三甲基镓（TMGa）、三甲基铝（TMAl）、三甲基铟（TMIn）和氨气（NH3）分别作为Ga、Al、In和N源，用硅烷（SiH4）、二茂镁（Cp2Mg）分别作为n、p型掺杂剂。 
外延结构如图1所示：
(1)衬底1
在本发明所述衬底1是适合氮化镓及其它半导体外延材料生长的材料，如：氮化镓单晶、蓝宝石、单晶硅、碳化硅（SiC）单晶等等。
首先将衬底材料在氢气气氛里进行退火，清洁衬底表面，温度控制在1050℃与1180℃之间，然后进行氮化处理；
 (2)低温缓冲层2
将温度下降到500℃与650℃之间, 生长15至30nm厚的低温GaN成核层，此生长过程时，生长压力在300 Torr至760 Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在500至3000之间；
(3) 高温缓冲层3
低温缓冲层2生长结束后，停止通入TMGa，将衬底温度升高到1000℃至1200℃之间，对低温缓冲层2在原位进行退火处理，退火时间在5分钟至10分钟之间；退火之后，将温度调节到1000℃至1200℃之间，在较低的Ⅴ/Ⅲ摩尔比条件下外延生长厚度为0.8μm至2μm之间的高温不掺杂的GaN，此生长过程时，生长压力在50 Torr至760 Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至3000之间；
(4) N型层 4
U-GaN 3生长结束后,生长一层掺杂浓度梯度增加的的N型层4,厚度在0.2μm至1μm之间,生长温度在1000℃至1200℃之间, 生长压力在50 Torr至760 Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至3000之间；
(5) N型层5
N型层 4生长结束后,生长掺杂浓度稳定的N型层5,厚度在1.2μm至3.5μm之间,生长温度在1000℃至1200℃之间, 生长压力在50 Torr至760 Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至3000之间；
(6) 电流扩展层 6
N型层 5生长结束后, 生长电流扩展层6由超晶格结构，其总体掺杂浓度低于N型层5，低于N型层7；
(7) N型层  7
电流扩展层 6生长结束后,生长N型层7，厚度在10nm至50nm之间；掺杂浓度稳定，生长温度在1000℃至1200℃之间, 生长压力在50 Torr至760 Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至3000之间；
 (8) 发光层MWQ 8
发光层8由6至15个周期的InaGa1-aN(0 ＜a＜ 1)/GaN多量子阱组成。阱的厚度在2nm至3nm之间，生长温度在720至820℃之间，生长压力在200Torr至400Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至5000之间；垒的厚度在5至30nm之间，生长温度在820至920℃之间，生长压力在200Torr至400Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至5000之间；
(9) P型层9
6至15个周期的InaGa1-aN(0 ＜a＜ 1)/GaN多量子阱发光层8生长结束后，升高温，温度控制在950℃至1080℃之间，生长压力50Torr至500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比1000至20000之间，生长厚度10nm 至200nm之间的P型AlxInyGa1-x-yN(0＜x＜1, 0≤y＜1，x+y＜1)宽禁带电子阻挡层。该层禁带宽度大于最后一个barrier的禁带宽度，可控制在4eV与5.5eV之间；该层Mg掺杂浓度Mg/Ga摩尔比介于1/100至1/4之间。
（10） P型层10
P型层9生长结束后，生长厚度为10nm 至800nm之间的P型AlxInyGa1-x-yN(0≤x＜1, 0≤y＜1，x+y＜1)组合层，即P型层10。
（11） P型层11
P型层10生长结束后，生长P型接触层，其生长温度850℃至1050℃之间，生长压力100Torr至760Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比介于1000至20000之间，该层Mg掺杂浓度Mg/Ga摩尔比介于 1/100至1/4之间，生长厚度介于5nm至20nm之间。
外延生长结束后，将反应腔的温度降至650至850℃之间，纯氮气氛围进行退火处理5至15min，然后降至室温，结束外延生长。
随后，经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
本发明的优点在于：本发明所述的这种外延生长工艺的设计不仅使电流分布更加均匀，而且可以降低工作电压，提升ESD良率，改善漏电。 
附图说明
图1：芯片结构图
图2为本发明一种提高发光二极管发光效率的方法结构示意图；
其中1 为衬底、2  为低温缓冲层、3  为高温缓冲层、4 、5、7为符合N型层、7为电流扩展层、8为发光层、9、10、11为符合P型层、12 为透明导电层（Ni/Au或者ITO）、13 为P电极、14 为N电极。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
 实施例1
 如图一所示：
 （1）衬底1
首先将蓝宝石衬底在温度为1120℃，纯氢气气氛里进行退火，然后进行氮化处理；
 （2）低温缓冲层2
将温度下降到585℃, 生长20nm厚的低温GaN成核层，此生长过程时，生长压力为 420Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为900；
（3） 高温缓冲层3
低温缓冲层2生长结束后，停止通入TMGa，将衬底温度升高1120℃，对低温缓冲层2在原位进行退火处理，退火时间为8分钟；退火之后，将温度调节到1120℃，在较低的Ⅴ/Ⅲ摩尔比条件下外延生长厚度为1.2μm的高温不掺杂的GaN，此生长过程中，生长压力在200Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为1500；
（4）N型层 4
高温缓冲层3生长结束后,生长一层掺杂浓度梯度增加的的N型层,掺杂浓度从1×1017/cm3 变化到5×1018/cm3  ,厚度为0.8μm,生长温度为1120℃, 生长压力为150 Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为1800；
（5） N型层5
N型层 4生长结束后,生长掺杂浓度稳定的N型层5,厚度为3.5μm,生长温度为1120℃, 生长压力为150Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为1800；
（6） 电流扩展层 6
N型层 5生长结束后,生长电流扩展层6，如图2所示，由5个周期的超晶格结构组成。其中6a的组分为厚度为1--100nm，6b的厚度为1-100nm,同时6a的厚度≤6b的厚度。6a,6b可以是N型的也可以是非掺杂的。电流扩展层6的平均掺杂浓度低于N型层5的掺杂浓度，低于N型层7的掺杂浓度。电流扩展层6中6a的禁带宽度≥6b的禁带宽度。
（7） N型层 7
N型层 6生长结束后,生长N型层  7，厚度为10nm，掺杂浓度稳定，浓度高于N型层 5，该层是整个N型区域浓度最高的区域，其目的是为了获得更高的载流子浓度。生长温度为1120℃, 生长压力为150Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比为2800；
（8）发光层MWQ 8
发光层8由6至15个周期的InaGa1-aN(0 ＜a＜ 1)/GaN多量子阱组成。阱的厚度在2nm至3nm之间，生长温度在720至820℃之间，生长压力在200Torr至400Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至5000之间；垒的厚度在5至30nm之间，生长温度在820至920℃之间，生长压力在200Torr至400Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至5000之间
(9) P型层9
P型层9生长结束后，生长厚度为100nm 至800nm之间的P型AlxInyGa1-x-yN(0≤x＜1, 0≤y＜1，x+y＜1)层，即P型层10，该层Mg掺杂浓度Mg/Ga摩尔比介于1/100至1/4之间，其生长温度850℃至1050℃之间。
（10） P型层10
P型层9生长结束后，生长厚度为10nm 至800nm之间的P型AlxInyGa1-x-yN(0≤x＜1, 0≤y＜1，x+y＜1)组合层，即P型层10。
（11） P型层11
P型层10生长结束后，生长P型接触层，即P型层11，生长温度为1050℃，生长压力为200Torr，Ⅴ/Ⅲ摩尔比10000，P 型掺杂浓度为1×1020/cm3，生长厚度为15nm。
所有外延生长结束后，将反应腔的温度降至800℃，纯氮气氛围进行退火处理10min，然后降至室温，结束外延生长。
（12）ITO透明导电层12
（13） P 电极13
（14） N 电极14
实施例1，经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等半导体加工工艺制程后，分割成尺寸大小为10×8mil的LED芯片。经LED芯片测试，测试电流10mA，单颗小芯片光输出功率为6.5mW，工作电压3.21V，可抗静电：人体模式5000V。而传统的外延生长方式，相同芯片制程的单颗小芯片光的输出功率仅为5 mW。
 经过同样条件的芯片制程与测试, 10×8mil单颗小芯片光输出功率为6.3mW，工作电压3.15V，可抗静电：人体模式5000V。

Claims (6)

1.一种提高发光二极管发光效率的结构，该二极管外延片结构从下向上的顺序依次为衬底（1）、低温缓冲层（2）、高温缓冲层（3）、N型层（4）、N型层（5）、电流扩展层 （6）、N型层（7）、发光层MQW （8）、P型层（9）、P型层（10）、 P型层（11）；其特征在于：电流扩展层（6）采用了超晶格结构组成， 并且N型层（7）的总厚度不超过50nm。
2.如权利要求1所述一种提高发光二极管发光效率的方法，其特征在于：电流扩展层（6）的掺杂浓度小于N型层（5、7）。
3.如权利要求1所述一种提高发光二极管发光效率的方法，其特征在于：电流扩展层（6）由层（如图2 所示的6a）AlxGa1-xN  0≤x＜1和层（如图2 所示的6b）AlyGa1-yN  0≤y＜1组成超晶格结构，其中x<y<1。
4.如权利要求1所述一种提高发光二极管发光效率的方法，其特征在于：电流扩展层（6）中（6a、6b）可以是非掺杂的也可以是N型掺杂的。
5.如权利要求1所述一种提高发光二极管发光效率的方法，其特征在于：电流扩展层（6）中6a的厚度≥6b的厚度。
6.如权利要求1所述一种提高发光二极管发光效率的方法，其特征在于：电流扩展层（6）中超晶格结构的周期数为3到15个之间。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103035805A (zh) * 2012-12-12 2013-04-10 华灿光电股份有限公司 一种发光二极管外延片及其制备方法
CN103107255A (zh) * 2012-12-21 2013-05-15 湘能华磊光电股份有限公司 一种led外延片生长方法
CN103236480A (zh) * 2013-04-28 2013-08-07 华灿光电股份有限公司 一种发光二极管的外延片及其制造方法
CN104300064A (zh) * 2014-10-10 2015-01-21 华灿光电(苏州）有限公司 一种GaN基发光二极管的外延片及其制备方法
CN104332537A (zh) * 2014-10-17 2015-02-04 厦门乾照光电股份有限公司 一种高浓度Te掺杂的发光二极管外延结构
CN104821356A (zh) * 2015-04-24 2015-08-05 华灿光电(苏州）有限公司 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN104979443A (zh) * 2014-04-11 2015-10-14 锐晶科技有限公司 发光元件
CN104993027A (zh) * 2015-06-30 2015-10-21 华灿光电(苏州）有限公司 发光二极管外延片及其制作方法
CN105576095A (zh) * 2016-03-10 2016-05-11 厦门市三安光电科技有限公司 一种氮化物发光二极管及其制作方法
CN105870282A (zh) * 2016-04-14 2016-08-17 湘能华磊光电股份有限公司 一种电流扩展层的生长方法及含此结构的led外延结构
CN105869994A (zh) * 2016-04-14 2016-08-17 湘能华磊光电股份有限公司 一种超晶格层的生长方法及含此结构的led 外延结构
CN106098874A (zh) * 2016-07-29 2016-11-09 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管的外延片及制备方法
CN109326690A (zh) * 2018-08-29 2019-02-12 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管的外延片及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090057695A1 (en) * 2006-02-09 2009-03-05 Rohm Co., Ltd Nitride Semiconductor Device
CN102208511A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 丰田合成株式会社 Iii族氮化物半导体发光器件
CN102306691A (zh) * 2011-09-02 2012-01-04 华灿光电股份有限公司 一种提高发光二极管发光效率的方法
WO2012012010A2 (en) * 2010-04-30 2012-01-26 Trustees Of Boston University High efficiency ultraviolet light emitting diode with band structure potential fluctuations

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090057695A1 (en) * 2006-02-09 2009-03-05 Rohm Co., Ltd Nitride Semiconductor Device
CN102208511A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 丰田合成株式会社 Iii族氮化物半导体发光器件
WO2012012010A2 (en) * 2010-04-30 2012-01-26 Trustees Of Boston University High efficiency ultraviolet light emitting diode with band structure potential fluctuations
CN102306691A (zh) * 2011-09-02 2012-01-04 华灿光电股份有限公司 一种提高发光二极管发光效率的方法

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103035805B (zh) * 2012-12-12 2016-06-01 华灿光电股份有限公司 一种发光二极管外延片及其制备方法
CN103035805A (zh) * 2012-12-12 2013-04-10 华灿光电股份有限公司 一种发光二极管外延片及其制备方法
CN103107255A (zh) * 2012-12-21 2013-05-15 湘能华磊光电股份有限公司 一种led外延片生长方法
CN103107255B (zh) * 2012-12-21 2016-04-06 湘能华磊光电股份有限公司 一种led外延片生长方法
CN103236480A (zh) * 2013-04-28 2013-08-07 华灿光电股份有限公司 一种发光二极管的外延片及其制造方法
CN103236480B (zh) * 2013-04-28 2016-01-20 华灿光电股份有限公司 一种发光二极管的外延片及其制造方法
CN104979443A (zh) * 2014-04-11 2015-10-14 锐晶科技有限公司 发光元件
CN104300064A (zh) * 2014-10-10 2015-01-21 华灿光电(苏州）有限公司 一种GaN基发光二极管的外延片及其制备方法
CN104300064B (zh) * 2014-10-10 2018-04-24 华灿光电(苏州）有限公司 一种GaN基发光二极管的外延片及其制备方法
CN104332537A (zh) * 2014-10-17 2015-02-04 厦门乾照光电股份有限公司 一种高浓度Te掺杂的发光二极管外延结构
CN104332537B (zh) * 2014-10-17 2017-06-16 厦门乾照光电股份有限公司 一种高浓度Te掺杂的发光二极管外延结构
CN104821356A (zh) * 2015-04-24 2015-08-05 华灿光电(苏州）有限公司 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN104821356B (zh) * 2015-04-24 2017-06-20 华灿光电(苏州）有限公司 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN104993027B (zh) * 2015-06-30 2018-03-06 华灿光电(苏州）有限公司 发光二极管外延片及其制作方法
CN104993027A (zh) * 2015-06-30 2015-10-21 华灿光电(苏州）有限公司 发光二极管外延片及其制作方法
CN105576095A (zh) * 2016-03-10 2016-05-11 厦门市三安光电科技有限公司 一种氮化物发光二极管及其制作方法
CN105870282A (zh) * 2016-04-14 2016-08-17 湘能华磊光电股份有限公司 一种电流扩展层的生长方法及含此结构的led外延结构
CN105869994A (zh) * 2016-04-14 2016-08-17 湘能华磊光电股份有限公司 一种超晶格层的生长方法及含此结构的led 外延结构
CN105870282B (zh) * 2016-04-14 2018-02-16 湘能华磊光电股份有限公司 一种电流扩展层的生长方法及含此结构的led外延结构
CN105869994B (zh) * 2016-04-14 2018-04-06 湘能华磊光电股份有限公司 一种超晶格层的生长方法及含此结构的led外延结构
CN106098874A (zh) * 2016-07-29 2016-11-09 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管的外延片及制备方法
CN109326690A (zh) * 2018-08-29 2019-02-12 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管的外延片及其制备方法

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