CN105206723B - 一种提高led亮度的外延生长方法 - Google Patents
一种提高led亮度的外延生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105206723B CN105206723B CN201510738076.9A CN201510738076A CN105206723B CN 105206723 B CN105206723 B CN 105206723B CN 201510738076 A CN201510738076 A CN 201510738076A CN 105206723 B CN105206723 B CN 105206723B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- growth
- doping
- atoms
- gan layer
- passed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000012010 growth Effects 0.000 title claims abstract description 117
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 78
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 16
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims 1
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 51
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 32
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- XZGYRWKRPFKPFA-UHFFFAOYSA-N methylindium Chemical compound [In]C XZGYRWKRPFKPFA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000012536 packaging technology Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本申请公开了一种提高LED亮度的外延生长方法，包括步骤：处理蓝宝石衬底；生长低温缓冲层；生长不掺杂Si的GaN层；生长掺杂Si的N型GaN层；生长掺杂Si的N型GaN层；生长应力释放层；生长发光层；生长掺杂Mg、Al的P型GaN层；生长高温掺杂Mg的P型GaN层；最后降温至650‑680℃，保温20‑30min，关闭加热系统和给气系统，随炉冷却。本发明由于周期性生长了nInN/nGaN超晶格层作为应力释放出，有效的释放了生长的发光层内部的应力，提高了空穴和电子的复合效率，进而提高内部量子效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明技术领域，具体地说，是涉及一种提高LED亮度的外延生长方法。
背景技术
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，而市场需高亮度的LED产品。
传统的外延生长一般为生长完nGaN后直接在nGaN生长发光层，nGaN因为在高温下成长，相对来说晶体质量比较好，晶格原子排布整齐规则，在nGaN上生长的发光层InGaN/GaN超晶格材料，由于InGaN材料中In取代Ga原子，原子半径不一样，InGaN晶格常数比较大，发光层InGaN/GaN晶格收到很大的应力，导致发光层晶体质量下降，晶格原子排列不规则，InGaN材料受到很大的应力后会出现电子和空穴复合效率的降低，降低发光效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决传统的发光层和nGaN晶格不匹配的问题，引入应力释放层，通过应力释放层调制晶格常数，在应力释放层基础上生长的发光层，由于晶格常数接近，发光层中InGaN材料受到GaN的应力将大幅度降低，发光效率将有所提升，发光层晶格匹配，晶格原子排布规则，发光层晶体质量会提升，通过提升LED产品的内部量子效率提升亮度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高LED亮度的外延生长方法，其特征在于，包括步骤：
处理蓝宝石衬底；
生长低温缓冲层；
生长不掺杂Si的GaN层；
生长掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔温度1000-1200℃，保持反应腔压力300-600mbar，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3-4μm掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3；
生长掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔温度1000-1200℃，保持反应腔压力300-600mbar，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掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5×1017atoms/cm3-1×1018atoms/cm3；
生长应力释放层：保持反应腔压力300-400mbar、温度750-850℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、5-10sscm的SiH4、1500-2000sccm的TMIn、100-130L/min的N2，周期生长掺杂Si的nInN/nGaN超晶格层作为应力释放层；
生长发光层：保持反应腔压力300-400mbar、温度700-750℃，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(1-x)N层，所述x在0.20-0.25之间，发光波长450-455nm；升高温度750-850℃，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；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；
生长掺杂Mg、Al的P型GaN层：保持反应腔压力200-400mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl、1000-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50-100nm的掺杂Mg、Al的P型GaN层，Al掺杂浓度1×1020atoms/cm3-3×1020atoms/cm3，Mg掺杂浓度1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3；
生长高温掺杂Mg的P型GaN层：保持反应腔压力400-900mbar、温度950-1000℃，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50-100nm的高温掺杂Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3；
最后降温至650-680℃，保温20-30min，关闭加热系统和给气系统，随炉冷却。
优选地，所述生长应力释放层：保持反应腔压力300-400mbar、温度750-850℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、5-10sscm的SiH4、1500-2000sccm的TMIn、100-130L/min的N2，周期生长掺杂Si的nInN/nGaN超晶格层作为应力释放层，进一步为，
保持反应腔压力300-400mbar、温度750-850℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、5-10sscm的SiH4、100-130L/min的N2，生长20-50nm掺杂Si的nGaN层，Si的掺杂浓度1×1018-5×1018atoms/cm3；
保持反应腔压力300-400mbar、温度700-750℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、5-10sscm的SiH4、1500-2000sccm的TMIn、100-130L/min的N2，生长2-5nm掺杂Si的nInN层，Si的掺杂浓度1×1018atoms/cm3-5×1018atoms/cm3；
周期交替生长所述nGaN层和所述nInN层。
优选地，所述nInN/nGaN超晶格层的周期数为周期数为5-10。
优选地，所述处理蓝宝石衬底，进一步为，在1000-1100℃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。
优选地，所述生长低温缓冲层，进一步为，降温至500-600℃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。
优选地，所述生长不掺杂Si的GaN层，进一步为，
升高温度到1000-1200℃，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2-4μm的不掺杂Si的GaN层。
与现有技术相比，本发明所述的提高LED亮度的外延生长方法，达到了如下效果：
本发明由于周期性生长了nInN/nGaN超晶格层作为应力释放出，有效的释放了生长的发光层内部的应力，提高了空穴和电子的复合效率，进而提高内部量子效率；
本发明由于生长了nInN/nGaN超晶格层使得nGaN层的晶格常数逐步放大，通过多个超晶格单元生长后，nInN/nGaN超晶格层的晶格常数接近于InGaN/GaN晶格常数，nInN/nGaN超晶格层作为应力释放层为发光层生长创造很好的条件。
附图说明
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：
图1为本发明提高LED亮度的外延生长方法的流程图；
图2为本发明的外延生长方法制得的LED结构；
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
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。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
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70mbar到900mbar之间。
实施例1：
结合图1和图2，本实施例提供了一种提高LED亮度的外延生长方法，具体如下：
步骤101：处理蓝宝石衬底201：在1000℃的的氢气气氛下，通入100L/min的H2，保持反应腔压力100mbar，处理8分钟蓝宝石衬底201；
步骤102：生长低温缓冲层202：降温至500℃下，保持反应腔压力300mbar，通入流量为10000sccm的NH3、50sccm的TMGa、100L/min的H2、在蓝宝石衬底201上生长厚度为20nm的低温缓冲层202；
步骤103：生长不掺杂Si的N型GaN层203：升高温度到1000℃，保持反应腔压力300mbar，通入流量为30000sccm的NH3、200sccm的TMGa、100L/min的H2、持续生长2μm的不掺杂Si的GaN层；
步骤104：生长掺杂Si的N型GaN层204：保持反应腔温度1000℃，保持反应腔压力300mbar，通入流量为30000sccm的NH3、200sccm的TMGa、100L/min的H2、20sccm的SiH4持续生长3μm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5×1018atoms/cm3；
步骤105：生长掺杂Si的N型GaN层205：保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm的NH3、200sccm的TMGa、100L/min的H2、2sccm的SiH4，持续生长200nm掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5×1017atoms/cm3；
步骤106：生长应力释放层209：保持反应腔压力300mbar、温度750℃，通入流量为50000sccm的NH3、20sccm的TMGa、5sscm的SiH4、1500sccm的TMIn、100L/min的N2，周期生长掺杂Si的nInN层/nGaN超晶格层作为应力释放层；
其中包括如下步骤：
(1)保持反应腔压力300mbar、温度750℃，通入流量为50000sccm的NH3、20sccm的TMGa、5sscm的SiH4、100L/min的N2，生长20nm掺杂Si的nGaN层2092，Si的掺杂浓度1×1018atoms/cm3；
(2)保持反应腔压力300mbar、温度700℃，通入流量为50000sccm的NH3、5sscm的SiH4、1500sccm的TMIn、100L/min的N2，生长2nm掺杂Si的nInN层2091，Si的掺杂浓度1×1018atoms/cm3；
然后(1)(2)作为单元重复周期性生长，周期数为5；
这里的步骤(1)和步骤(2)在单元内的顺序可以调换。
步骤107：生长发光层206：保持反应腔压力300mbar、温度700℃，通入流量为50000sccm的NH3、20sccm的TMGa、1500sccm的TMIn、100L/min的N2，生长掺杂In的2.5nmInxGa(1-x)N层2061(x＝0.20)，发光波长450nm；升高温度750℃，保持反应腔压力300mbar，通入流量为50000sccm的NH3、20sccm的TMGa、100L/min的N2，生长8nmGaN层2062；然后重复生长InxGa(1-x)N层2061，重复生长GaN层2062，再交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为7；
步骤108：生长掺杂Mg、Al的P型GaN层207：保持反应腔压力200mbar、温度900℃，通入流量为50000sccm的NH3、30sccm的TMGa、100L/min的H2、100sccm的TMAl、1000sccm的Cp2Mg，持续生长50nm掺杂Mg、Al的P型GaN层，Al掺杂浓度1×1020atoms/cm3，Mg掺杂浓度1×1019atoms/cm3；
步骤109：生长高温掺杂Mg的P型GaN层208：保持反应腔压力400mbar、温度950℃，通入流量为50000sccm的NH3、20sccm的TMGa、100L/min的H2、1000sccm的Cp2Mg，持续生长50nm的高温掺杂Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1×1019atoms/cm3；
步骤110：最后降温至650℃，保温20min，接着关闭加热系统和给气系统，随炉冷却。
实施例2：
本实施例提供了一种提高LED亮度的外延生长方法，具体如下：
步骤201：处理蓝宝石衬底201：在1100℃的的氢气气氛下，通入130L/min的H2，保持反应腔压力300mbar，处理10分钟蓝宝石衬底201；
步骤202：生长低温缓冲层202：降温至600℃下，保持反应腔压力600mbar，通入流量为20000sccm的NH3、100sccm的TMGa、130L/min的H2、在蓝宝石衬底201上生长厚度为40nm的低温缓冲层202；
步骤203：生长不掺杂Si的GaN层203：升高温度到1200℃，保持反应腔压力600mbar，通入流量为40000sccm的NH3、400sccm的TMGa、130L/min的H2、持续生长4μm的不掺杂Si的GaN层；
步骤204：生长掺杂Si的N型GaN层204：保持反应腔温度1200℃，保持反应腔压力600mbar，通入流量为60000sccm的NH3、400sccm的TMGa、130L/min的H2、50sccm的SiH4，持续生长4μm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度1×1019atoms/cm3；
步骤205：生长掺杂Si的N型GaN层205：保持反应腔压力、温度不变，通入流量为60000sccm的NH3、400sccm的TMGa、130L/min的H2、10sccm的SiH4，持续生长400nm掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度1×1018atoms/cm3；
步骤206：生长应力释放层209：保持反应腔压力400mbar、温度850℃，通入流量为70000sccm的NH3、40sccm的TMGa、10sscm的SiH4、2000sccm的TMIn、130L/min的N2，周期生长掺杂Si的nInN层/nGaN超晶格层作为应力释放层；
其中包括如下步骤：
(1)保持反应腔压力400mbar、温度850℃，通入流量为70000sccm的NH3、40sccm的TMGa、10sscm的SiH4、130L/min的N2，生长50nm掺杂Si的nGaN层2092，Si的掺杂浓度5×1018atoms/cm3；
(2)保持反应腔压力400mbar、温度750℃，通入流量为70000sccm的NH3、10sscm的SiH4、2000sccm的TMIn、130L/min的N2，生长5nm掺杂Si的nInN层2091，Si的掺杂浓度5×1018atoms/cm3；
然后(1)(2)作为单元重复周期性生长，周期数为10；
这里的步骤(1)和步骤(2)在单元内的顺序可以调换。
步骤207：生长发光层206：保持反应腔压力400mbar、温度750℃，通入流量为70000sccm的NH3、40sccm的TMGa、2000sccm的TMIn、130L/min的N2，生长3.5nm掺杂In的InxGa(1-x)N层2061(x＝0.25)，发光波长455nm；升高温度850℃，保持反应腔压力400mbar，通入流量为70000sccm的NH3、100sccm的TMGa、130L/min的N2，生长15nmGaN层2062；然后重复生长InxGa(1-x)N层2061，重复生长GaN层2062，再交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为15；
步骤208：生长掺杂Mg、Al的P型GaN层207：保持反应腔压力400mbar、温度950℃，通入流量为70000sccm的NH3、60sccm的TMGa、130L/min的H2、130sccm的TMAl、1300sccm的Cp2Mg，持续生长100nm掺杂Mg、Al的P型GaN层，Al掺杂浓度3×1020atoms/cm3，Mg掺杂浓度1×1020atoms/cm3；
步骤209：生长高温掺杂Mg的P型GaN层208：保持反应腔压力900mbar、温度1000℃，通入流量为70000sccm的NH3、100sccm的TMGa、130L/min的H2、3000sccm的Cp2Mg，持续生长100nm的高温掺杂Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1×1020atoms/cm3；
步骤210：最后降温至680℃，保温30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
实施例3：
本实施例提供一种提高LED亮度的外延生长方法，具体如下：
步骤301：处理蓝宝石衬底201：在1050℃的的氢气气氛下，通入115L/min的H2，保持反应腔压力200mbar，处理9分钟蓝宝石衬底201；
步骤302：生长低温缓冲层202：降温至550℃下，保持反应腔压力450mbar，通入流量为15000sccm的NH3、75sccm的TMGa、115L/min的H2、在蓝宝石衬底201上生长厚度为30nm的低温缓冲层202；
步骤303：生长不掺杂Si的GaN层203：升高温度到1100℃，保持反应腔压力450mbar，通入流量为35000sccm的NH3、300sccm的TMGa、115L/min的H2、持续生长3μm的不掺杂Si的GaN层；
步骤304：生长掺杂Si的N型GaN层204：保持反应腔压力450mbar、温度1100℃不变，通入流量为45000sccm的NH3、300sccm的TMGa、115L/min的H2、35sccm的SiH4，持续生长3.5μm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度7.5×1018atoms/cm3；
步骤305：生长掺杂Si的N型GaN层205：保持反应腔压力450mbar、温度1100℃不变，通入流量为45000sccm的NH3、300sccm的TMGa、115L/min的H2、6sccm的SiH4，持续生长300nm掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度7.5×1017atoms/cm3；
步骤306：生长应力释放层209：保持反应腔压力350mbar、温度800℃，通入流量为60000sccm的NH3、30sccm的TMGa、7sscm的SiH4、1700sccm的TMIn、115L/min的N2，周期生长掺杂Si的nInN层/nGaN超晶格层作为应力释放层；
其中包括如下步骤：
(1)保持反应腔压力350mbar、温度800℃，通入流量为60000sccm的NH3、30sccm的TMGa、7sscm的SiH4、115L/min的N2，生长35nm掺杂Si的nGaN层2092，Si的掺杂浓度3×1018atoms/cm3；
(2)保持反应腔压力350mbar、温度725℃，通入流量为60000sccm的NH3、7sscm的SiH4、1700sccm的TMIn、115L/min的N2，生长3.5nm掺杂Si的nInN层2091，Si的掺杂浓度3×1018atoms/cm3；
然后(1)(2)作为单元重复周期性生长，周期数为7；
这里的步骤(1)和步骤(2)在单元内的顺序可以调换。
步骤307：生长发光层206：保持反应腔压力350mbar、温度725℃，通入流量为60000sccm的NH3、30sccm的TMGa、1700sccm的TMIn、115L/min的N2，生长掺杂In的3nmInxGa(1-x)N层2061(x＝0.22)，发光波长452nm；升高温度800℃，保持反应腔压力350mbar通入流量为60000sccm的NH3、60sccm的TMGa、115L/min的N2，生长11nmGaN层2062；然后重复生长InxGa(1-x)N层2061，然后重复生长GaN层2062，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为11；
步骤308：生长掺杂Mg、Al的P型GaN层207：保持反应腔压力300mbar、温度925℃，通入流量为60000sccm的NH3、45sccm的TMGa、115L/min的H2、115sccm的TMAl、1150sccm的Cp2Mg，持续生长75nm掺杂Mg、Al的P型GaN层，Al掺杂浓度2×1020atoms/cm3，Mg掺杂浓度5×1019atoms/cm3；
步骤309：生长高温掺杂Mg的P型GaN层208：保持反应腔压力650mbar、温度970℃，通入流量为60000sccm的NH3、60sccm的TMGa、115L/min的H2、2000sccm的Cp2Mg，持续生长75nm高温掺杂Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度5×1019atoms/cm3；
步骤310：最后降温至660℃，保温25min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
对比实验：
结合图3，提供现有技术中的外延生长方法，具体如下：
1、处理蓝宝石衬底301：在1000-1100℃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8-10分钟蓝宝石衬底301；
2、生长低温缓冲层302：降温至500-600℃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301上生长厚度为20-40nm的低温缓冲层302；
3、生长不掺杂Si的GaN层303：升高温度到1000-1200℃，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2-4μm的不掺杂Si的GaN层；
4、生长掺杂Si的N型GaN层304：保持反应腔温度1000-1200℃，保持反应腔压力300-600mbar，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3-4μm掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3；
5、生长掺杂Si的N型GaN层305：保持反应腔温度1000-1200℃，保持反应腔压力300-600mbar，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掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5×1017atoms/cm3-1×1018atoms/cm3；
6、生长发光层306：保持反应腔压力300-400mbar、温度700-750℃，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(1-x)N层3061(x＝0.20-0.25)，发光波长450-455nm；接着升高温度750-850℃，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3062；然后重复生长InxGa(1-x)N层3061，然后重复生长GaN层3062，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层305，控制周期数为7-15；
7、生长掺杂Mg、Al的P型GaN层307：保持反应腔压力200-400mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl、1000-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50-100nm的掺杂Mg、Al的P型GaN层，Al掺杂浓度1×1020atoms/cm3-3×1020atoms/cm3，Mg掺杂浓度1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3；
8、生长高温掺杂Mg的P型GaN层308：保持反应腔压力400-900mbar、温度950-1000℃，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50-100nm的高温掺杂Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3；
9、最后降温至650-680℃，保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
根据对比实验中的LED的生长方法制备样品1，根据本发明实施例3的方法制备样品2；样品1和样品2外延生长方法的参数不同点在于步骤306和步骤6，生长其它外延层生长条件完全一样(实验条件如表1所示)；样品1和样品2在XRD设备上测量发光层102面半高宽如表3所示。
样品1和样品2在相同的前工艺条件下镀ITO层约150nm，相同的条件下镀Cr/Pt/Au电极约1500nm，相同的条件下镀保护层SiO2约100nm，然后在相同的条件下将样品研磨切割成635μm*635μm(25mil*25mil)的芯片颗粒，然后样品1和样品2在相同位置各自挑选100颗晶粒，在相同的封装工艺下，封装成白光LED。然后采用积分球在驱动电流350mA条件下测试样品1和样品2的光电性能，光电性能如表2所示。
表1 发光层生长参数的对比
表2 样品1、样品2产品电性参数的比较
表3 样品1、样品2外延片XRD参数的测定
数据分析结论：将积分球获得的数据进行分析对比，由表2和表3可知本发明提供的生长方法外延的发光层晶体质量变好，测试数据亮度提升、而且LED电性参数变好，实验数据证明了本发明的方法能够有效地提升LED产品晶体的质量。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种提高LED亮度的外延生长方法，其特征在于，包括步骤：
处理蓝宝石衬底；
生长低温缓冲层；
生长不掺杂Si的GaN层；
生长掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔温度1000-1200℃，保持反应腔压力300-600mbar，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3-4μm掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3；
生长掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔温度1000-1200℃，保持反应腔压力300-600mbar，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掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5×1017atoms/cm3-1×1018atoms/cm3；
生长应力释放层：保持反应腔压力300-400mbar、温度750-850℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、5-10sscm的SiH4、100-130L/min的N2，生长20-50nm掺杂Si的nGaN层，Si的掺杂浓度1×1018-5×1018atoms/cm3；
保持反应腔压力300-400mbar、温度700-750℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、5-10sscm的SiH4、1500-2000sccm的TMIn、100-130L/min的N2，生长2-5nm掺杂Si的nInN层，Si的掺杂浓度1×1018 atoms/cm3-5×1018atoms/cm3；
周期交替生长所述nGaN层和所述nInN层；
生长发光层：保持反应腔压力300-400mbar、温度700-750℃，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(1-x)N层，所述x在0.20-0.25之间，发光波长450-455nm；升高温度750-850℃，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；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；
生长掺杂Mg、Al的P型GaN层：保持反应腔压力200-400mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl、1000-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50-100nm的掺杂Mg、Al的P型GaN层，Al掺杂浓度1×1020atoms/cm3-3×1020atoms/cm3，Mg掺杂浓度1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3；
生长高温掺杂Mg的P型GaN层：保持反应腔压力400-900mbar、温度950-1000℃，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50-100nm的高温掺杂Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3；
最后降温至650-680℃，保温20-30min，关闭加热系统和给气系统，随炉冷却。
2.根据权利要求1所述的提高LED亮度的外延生长方法，其特征在于，所述nInN/nGaN超晶格层的周期数为5-10。
3.根据权利要求1所述的提高LED亮度的外延生长方法，其特征在于，
所述处理蓝宝石衬底，进一步为，在1000-1100℃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。
4.根据权利要求1所述的提高LED亮度的外延生长方法，其特征在于，所述生长低温缓冲层，进一步为，降温至500-600℃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。
5.根据权利要求1所述的提高LED亮度的外延生长方法，其特征在于，
所述生长不掺杂Si的GaN层，进一步为，
升高温度到1000-1200℃，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2-4μm的不掺杂Si的GaN层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510738076.9A CN105206723B (zh) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | 一种提高led亮度的外延生长方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510738076.9A CN105206723B (zh) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | 一种提高led亮度的外延生长方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105206723A CN105206723A (zh) | 2015-12-30 |
| CN105206723B true CN105206723B (zh) | 2017-11-07 |
Family
ID=54954276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510738076.9A Active CN105206723B (zh) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | 一种提高led亮度的外延生长方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105206723B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105895753B (zh) * | 2016-04-29 | 2019-01-15 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 提高led发光效率的外延生长方法 |
| CN105869999B (zh) * | 2016-06-01 | 2018-11-02 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Led外延生长方法 |
| CN106299062B (zh) * | 2016-09-20 | 2019-02-19 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 电流扩展层的外延生长方法 |
| CN106410000B (zh) * | 2016-11-15 | 2019-04-30 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延层生长方法 |
| CN106784195B (zh) * | 2017-01-11 | 2019-01-25 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种提高发光二极管品质的外延生长方法 |
| CN109950375B (zh) * | 2019-01-31 | 2021-04-02 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 发光二极管外延片及其生长方法 |
| CN114784159B (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-16 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1476050A (zh) * | 2002-07-08 | 2004-02-18 | 日亚化学工业株式会社 | 氮化物半导体元件的制造方法和氮化物半导体元件 |
| CN101685844A (zh) * | 2008-09-27 | 2010-03-31 | 中国科学院物理研究所 | GaN基单芯片白光发光二极管外延材料 |
| CN101840968A (zh) * | 2009-03-16 | 2010-09-22 | 先进开发光电股份有限公司 | 一种能够提升光取出率的半导体光电元件及其制造方法 |
| CN102637787A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-08-15 | 中国科学院半导体研究所 | 一种无间断生长高质量InGaN/GaN多量子阱的方法 |
| CN102751414A (zh) * | 2011-04-20 | 2012-10-24 | 亚威朗集团有限公司 | 大尺寸发光器件及其制造方法 |
| CN102969416A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-03-13 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 一种氮化物led外延片及其生长方法 |
| CN103474539A (zh) * | 2013-09-25 | 2013-12-25 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 含有超晶格层的led结构外延生长方法及其结构 |
| CN104485404A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-01 | 北京大学 | 一种高亮度近紫外led及其外延生长方法 |
-
2015
- 2015-11-03 CN CN201510738076.9A patent/CN105206723B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1476050A (zh) * | 2002-07-08 | 2004-02-18 | 日亚化学工业株式会社 | 氮化物半导体元件的制造方法和氮化物半导体元件 |
| CN101685844A (zh) * | 2008-09-27 | 2010-03-31 | 中国科学院物理研究所 | GaN基单芯片白光发光二极管外延材料 |
| CN101840968A (zh) * | 2009-03-16 | 2010-09-22 | 先进开发光电股份有限公司 | 一种能够提升光取出率的半导体光电元件及其制造方法 |
| CN102751414A (zh) * | 2011-04-20 | 2012-10-24 | 亚威朗集团有限公司 | 大尺寸发光器件及其制造方法 |
| CN102637787A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-08-15 | 中国科学院半导体研究所 | 一种无间断生长高质量InGaN/GaN多量子阱的方法 |
| CN102969416A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-03-13 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 一种氮化物led外延片及其生长方法 |
| CN103474539A (zh) * | 2013-09-25 | 2013-12-25 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 含有超晶格层的led结构外延生长方法及其结构 |
| CN104485404A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-01 | 北京大学 | 一种高亮度近紫外led及其外延生长方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105206723A (zh) | 2015-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105206723B (zh) | 一种提高led亮度的外延生长方法 | |
| CN105206722B (zh) | 一种led外延生长方法 | |
| CN105244424B (zh) | 一种提高led器件光效的外延生长方法 | |
| CN105932118B (zh) | 提高空穴注入的led外延生长方法 | |
| CN104091872B (zh) | Mg扩散的LED外延片、生长方法及LED结构 | |
| CN106328777B (zh) | 一种发光二极管应力释放层的外延生长方法 | |
| CN105070653B (zh) | 一种增强器件抗静电能力的led外延生长方法 | |
| CN106531855A (zh) | 一种led外延结构及其生长方法 | |
| CN108598233A (zh) | 一种led外延层生长方法 | |
| CN109860345B (zh) | 一种led外延结构生长方法 | |
| CN105895753B (zh) | 提高led发光效率的外延生长方法 | |
| CN107946416B (zh) | 一种提高发光效率的led外延生长方法 | |
| CN104103724B (zh) | 渐变量子阱的led外延片、生长方法及led结构 | |
| CN109830578A (zh) | 一种led外延结构的生长方法 | |
| CN106684218A (zh) | 一种提升发光效率的led外延生长方法 | |
| CN104952710B (zh) | 一种led外延层生长方法 | |
| CN105261683B (zh) | 一种提高led外延晶体质量的外延生长方法 | |
| CN107134517B (zh) | 一种led外延生长方法 | |
| CN107068817B (zh) | Led外延生长方法 | |
| CN108574026B (zh) | 一种led外延电子阻挡层生长方法 | |
| CN104091870B (zh) | 带量子阱垒层的led外延片的生长方法 | |
| CN109449268B (zh) | 一种降低P型GaN层电阻率的LED外延结构及其生长方法 | |
| CN106784230A (zh) | Led外延生长方法 | |
| CN109860344B (zh) | 一种led外延量子阱生长方法 | |
| CN106848022A (zh) | 一种led外延结构及其生长方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |