CN105390574A - Led外延层生长方法及通过此方法获得的led芯片 - Google Patents
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Abstract
本申请公开LED外延层生长方法及通过此方法获得的LED芯片，生长掺杂Mg的P型GaN层为：在N2气氛下，在电子阻挡层上生长掺杂Mg的厚度为40nm-80nm第一P型GaN层；将反应室温度升至1070℃-1140℃，反应室压力为400mbar-700mbar，在H2和N2混合气氛下，在第一P型GaN层上生长掺杂Mg的第二P型GaN层；将反应室温度升至1070℃-1140℃，反应室压力为200mbar-400mbar，在H2和N2混合气氛下，在第二P型GaN层上生长掺杂Mg的第三P型GaN层，以提高LED器件的抗静电性能以及发光效率。
Description
技术领域
本申请涉及LED外延设计应用技术领域，具体地说，涉及一种LED外延层生长方法及通过此方法获得的LED芯片。
背景技术
发光二极管(LED)作为一种高效、环保和绿色新型固态照明光源，具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高及使用功耗低等特性被广泛应用于户外显示屏、车灯、交通信号灯、景观照明、背光源等领域。
GaN基材料绝大多生长在蓝宝石衬底上，由于GaN基材料与蓝宝石衬底间晶格失配度较大，约为13.5％，所以会在外延层中产生大量的位错和缺陷，缺陷密度高达1*108-1*1010/cm3，且以蓝宝石为衬底的GaN基LED芯片的p型和n型电极处于衬底的同一侧，电流密度分布不均匀。由于蓝宝石衬底是绝缘材料，因摩擦、感应、传导等因素产生的静电电荷难以从衬底方向释放，当电荷积累到一定程度就会发生静电释放现象(ElectroStaticDischarge,ESD)。
静电释放会以极高的强度迅速地发生，放电电流经过LED的PN结时，产生热量造成PN结短路或漏电，造成LED器件发生失效或潜在性失效。一般GaN基LED受到静电损伤后形成的隐患无法可治愈，所以必须在外延过程中引入新结构来提高外延片抗静电能力成为现在研究的主要课题。
另外，用MOCVD技术生长的p型GaN时，一方面受主Mg原子具有很高的受主激活能，另一方面高掺Mg时，p型GaN又存在严重的自补偿效应，造成空穴浓度降低。如何提高p层GaN结构的空穴浓度，是提高LED器件发光效率的关键，也是目前研究GaN基LED芯片又一个重要的课题。
发明内容
有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种LED外延层生长方法及通过此方法获得的LED芯片，通过调整Mg浓度为高-低-高分布情况，一方面提高空穴浓度和迁移率，提高了LED器件的亮度，另一方面通过Mg掺杂浓度高-低-高阶梯分布结构组成电容式结构，对高压静电的冲击起到了分散、缓冲的作用，减少了高压静电的破坏力，从而提高GaN基LED器件的抗静电能力。
为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：
一种LED外延层生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温缓冲层GaN、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长MQW有源层、生长电子阻挡层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，其特征在于，
所述生长掺杂Mg的P型GaN层进一步为：
将反应室温度升至1000℃-1070℃，反应室压力为400mbar-700mbar，在N2气氛下，在所述电子阻挡层上生长掺杂Mg的厚度为40nm-80nm第一P型GaN层；
将反应室温度升至1070℃-1140℃，反应室压力为400mbar-700mbar，在H2和N2混合气氛下，在所述第一P型GaN层上生长掺杂Mg的厚度为30nm-70nm的第二P型GaN层；
将反应室温度升至1070℃-1140℃，反应室压力为200mbar-400mbar，在H2和N2混合气氛下，在所述第二P型GaN层上生长掺杂Mg的厚度为4nm-10nm的第三P型GaN层。
优选地，其中，所述第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度小于所述第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度，所述第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度小于所述第三P型GaN层中掺Mg的浓度。
优选地，其中，所述第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度为8×1018atoms/cm3～1.5×1019atoms/cm3，所述第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度为7×1019atoms/cm3～1×1020atoms/cm3，所述第三P型GaN层中掺杂Mg的浓度为2.5×1020atoms/cm3～5×1020atoms/cm3。
优选地，其中，所述生长电子阻挡层进一步为：
将反应室温度升至860℃-950℃，在N2气氛下，在所述MQW有源层上生长掺杂Mg的厚度为40nm-80nm的P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层：
在MQW有源层上生长掺杂Mg的厚度为2.8nm-5nm的P型AlGaN层，作为势垒层；
在所述P型AlGaN层上生长厚度为2.5nm-4nm的InGaN层，作为势阱层；
依次周期性交互重叠生长所述势垒层与所述势阱层，生长周期为4-8个。
优选地，其中，所述P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层中掺杂Mg的浓度大于所述第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度。
优选地，其中，所述P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层中掺杂Mg的浓度为7×1019atoms/cm3～1.5×1020atoms/cm3。
优选地，其中，所述处理衬底进一步为：将温度升至1230℃-1280℃，将衬底处理4min-8min；
所述生长低温缓冲层进一步为：将温度降至520℃-590℃，在H2气氛下，在所述衬底上生长20nm-35nm厚的缓冲层；
所述生长不掺杂GaN层进一步为：将反应室温度升至1160℃-1280℃，在H2气氛下，在上述的缓冲层上生长2μm-3.5μm厚的uGaN层；
所述掺杂Si的N型GaN层进一步为：将反应室温度升至1240℃-1290℃，反应室压力为500mbar-650mbar，在H2气氛下，在上述的uGaN层上生长2μm-3.5μm厚的nGaN层，Si的掺杂浓度为8×1018atoms/cm3～1.5×1019atoms/cm3；
所述生长MQW有源层进一步为：将反应室温度降至800℃-970℃，在N2气氛下，在上述的nGaN层上生长MQW有源层，MQW有源层是由InGaN阱层和GaN垒层周期性叠加生长组成的多量子阱结构，其中InGaN层厚度为2-3.5nm，GaN厚度为8-13nm，叠加的循环周期数为11-18个。
一种通过所述LED外延层的生长方法获得的LED芯片，其特征在于：
所述LED芯片的衬底由下到上依次包括：
缓冲层：厚度为20nm-35nm；
不掺杂GaN层：厚度为2μm-3.5μm；
掺杂Si的N型GaN层：厚度为2μm-3.5μm，Si的掺杂浓度为8×1018atoms/cm3～1.5×1019atoms/cm3；
MQW有源层：包括11-18个重叠单元，每一个重叠单元依次包括一个厚度为2nm-3.5nm的InGaN阱层和一个厚度为8nm-13nm的GaN垒层；
电子阻挡层：包括4-8个重叠单元，每一个重叠单元依次包括一个厚度为2.8nm-5nm得P型AlGaN势垒层和一个厚度为2.5nm-4nm的InGaN势阱层；
掺杂Mg的P型GaN层：包括一个厚度为40nm-80nm第一P型GaN层，一个厚度为30nm-70nm的第二P型GaN层以及一个厚度为4nm-10nm的第三P型GaN层。
优选地，其中，所述第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度小于所述第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度，所述第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度小于所述第三P型GaN层中掺Mg的浓度。
优选地，其中，所述第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度为8×1018atoms/cm3～1.5×1019atoms/cm3，所述第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度为7×1019atoms/cm3～1×1020atoms/cm3，所述第三P型GaN层中掺杂Mg的浓度为2.5×1020atoms/cm3～5×1020atoms/cm3。
与现有技术相比，本申请所述的方法及产品，达到了如下效果：
(1)本发明所提供的LED外延层生长方法及通过此方法获得的LED芯片，P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层中掺杂Mg的浓度大于第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度，与第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度相近；第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度小于第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度，因此，AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层、第一P型GaN层和第二P型GaN层三层材料层Mg浓度呈U型掺杂。高掺Mg低电阻率P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层、低掺Mg高电阻率第一P型GaN层和高掺Mg低电阻率第二P型GaN层三层材料层相当于在外延层结构形成p型电容式结构。对高压静电的冲击起到了分散、缓冲的作用，从而提高GaN基LED器件的抗静电能力。
(2)该结构中通过高掺Mg浓度P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层、P型AlGaN势垒层阻碍空穴逃逸和P型InGaN势阱层束缚空穴来提高P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层的空穴浓度，另外，AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层、第一P型GaN层和第二P型GaN层三层材料层Mg浓度呈U型掺杂，低掺P型GaN层空穴迁移率较大，为空穴扩散提供助力，提高空穴迁移率，从而提高发光效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1中LED外延层的结构示意图；
图2为本发明实施例1与对比例2及对比例3的亮度对比图；
图3为本发明实施例1与对比例2及对比例3的亮度ESD良率对比图；
其中，1、衬底，2、缓冲层GaN，3、uGaN，4、nGaN层，5、MQW有源层，6、P型超晶格电子阻挡层，7、第一P型GaN层，8、第二P型GaN层，9、第三P型GaN层。
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申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
在本发明中术语P型GaN层是指掺杂Mg或掺杂Al或同时掺杂Mg和Al后形成的GaN层；术语N型GaN层是指掺杂Si后形成的GaN层；术语U型GaN层是指未掺杂的GaN层。
实施例1
本发明运用MOCVD生长GaN外延层，采用高纯H2或高纯N2或H2和N2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，P型掺杂剂为二茂镁(Cp2Mg)，衬底为图型衬底或蓝宝石衬底，反应压力在100mbar到850mbar之间。具体生长方式如下(外延结构请参考图1)：
1、处理衬底：将温度升至1230℃-1280℃，将衬底处理4min-8min；
2、生长低温缓冲层GaN：将温度降至520℃-590℃，在H2气氛下，在上述衬底生长20nm-35nm厚的缓冲层；
3、生长不掺杂GaN层：将反应室温度升至1160℃-1280℃，在H2气氛下，在上述的缓冲层上生长2μm-3.5μm厚的uGaN层；
4、生长nGaN层：将反应室温度升至1240℃-1290℃，反应室压力为500mbar-650mbar，在H2气氛下，在上述的uGaN层上生长2μm-3.5μm厚的nGaN层，Si的掺杂浓度为8×1018atoms/cm3～1.5×1019atoms/cm3；
5、生长MQW有源层：将反应室温度降至800℃-970℃，在N2气氛下，在上述的nGaN层上生长MQW有源层；MQW有源层是由InGaN阱层和GaN垒层周期性叠加生长组成的多量子阱结构，其中InGaN层厚度为2nm-3.5nm，GaN厚度为8nm-13nm，叠加的循环周期数为11-18个；
6、生长电子阻挡层:将反应室温度升至860℃-950℃，在N2气氛下，通入摩尔浓度为1.03×10-05mol/min-1.86×10-05mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源，在上述的MQW有源层上生长P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层；
7、生长第一P型GaN层：将反应室温度升至1000℃-1070℃，在N2气氛下，反应室压力为400mbar-700mbar，通入摩尔浓度为5.17×10-07mol/min-5.17×10-06mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源，在上述电子阻挡层上生长40nm-80nm厚第一P型GaN层；
8、生长第二P型GaN层：将反应室温度升至1070℃-1140℃，反应室压力为400mbar-700mbar，在H2和N2混合气氛下，通入摩尔浓度为1.14×10-05mol/min-1.97×10-05mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源，在上述第一P型GaN层上生长30nm-70nm厚第二P型GaN层；
9、生长第三P型GaN层：保持反应室温度不变，反应室压力降为200mbar-400mbar，在H2和N2混合气氛下，通入摩尔浓度为8.8×10-06mol/min-1.29×10-05mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源，在上述第二P型GaN层上生长4nm-10nm厚第三P型GaN层；
10、生长接触层，将反应室温度降至750℃-820℃，反应室压力为100mbar-300mbar，在N2气氛下，在上述的第三P型GaN层上生长3nm-6nm厚的InGaN接触层；
11、降温冷却：将温度降至600℃～750℃，反应室压力为300mbar-500mbar，在N2气氛下，活化时间5min～20min。
对比例1
一种LED外延层的生长方法为：
1、处理衬底：将温度升至1230℃-1280℃，将衬底处理4min-8min；
2、生长低温缓冲层GaN：将温度降至520℃-590℃，在H2气氛下，在上述衬底生长20nm-35nm厚的缓冲层；
3、生长不掺杂GaN层：将反应室温度升至1160℃-1280℃，在H2气氛下，在上述的缓冲层上生长2μm-3.5μm厚的uGaN层；
4、生长nGaN层：将反应室温度升至1240℃-1290℃，反应室压力为500mbar-650mbar，在H2气氛下，在上述的uGaN层上生长2μm-3.5μm厚的nGaN层，Si的掺杂浓度为8×1018atoms/cm3～1.5×1019atoms/cm3；
5、生长MQW有源层：将反应室温度降至800℃-970℃，在N2气氛下，在上述的nGaN层上生长MQW有源层；MQW有源层是由InGaN阱层和GaN垒层周期性叠加生长组成的多量子阱结构，其中InGaN层厚度为2nm-3.5nm，GaN厚度为8nm-13nm，叠加的循环周期数为11-18个；
6、生长电子阻挡层:将反应室温度升至860℃-950℃，在N2气氛下，通入摩尔浓度为1.03×10-05mol/min-1.86×10-05mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源，在上述的MQW有源层上生长P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层；
7、生长第一P型GaN层：将反应室温度升至1000℃-1070℃，在N2气氛下，反应室压力为400mbar-700mbar，通入摩尔浓度为1.03×10-05mol/min-1.71×10-05mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源，在上述电子阻挡层上生长40nm-80nm厚第一P型GaN层；
8、生长第二P型GaN层：将反应室温度升至1070℃-1140℃，反应室压力为400mbar-700mbar，在H2和N2混合气氛下，通入摩尔浓度为1.14×10-05mol/min-1.97×10-05mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源，在上述第一P型GaN层上生长30nm-70nm厚第二P型GaN层；
9、生长第三P型GaN层：保持反应室温度不变，反应室压力降为200mbar-400mbar，在H2和N2混合气氛下，通入摩尔浓度为8.8×10-06mol/min-1.29×10-05mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源，在上述第二P型GaN层上生长4nm-10nm厚第三P型GaN层；
10、生长接触层，将反应室温度降至750℃-820℃，反应室压力为100mbar-300mbar，在N2气氛下，在上述的第三P型GaN层上生长3nm-6nm厚的InGaN接触层；
11、降温冷却：将温度降至600℃～750℃，反应室压力为300mbar-500mbar，在N2气氛下，活化时间5min～20min。
对比例2
另一种LED外延层的生长方法为：
1、处理衬底：将温度升至1230℃-1280℃，将衬底处理4min-8min；
2、生长低温缓冲层GaN：将温度升至520℃-590℃，在H2气氛下，在上述衬底生长20nm-35nm厚的缓冲层；
3、生长不掺杂GaN层：将反应室温度升至1160℃-1280℃，在H2气氛下，在上述的缓冲层上生长2μm-3.5μm厚的uGaN层；
4、生长nGaN层：将反应室温度升至1240℃-1290℃，反应室压力为500mbar-650mbar，在H2气氛下，在上述的uGaN层上生长2μm-3.5μm厚的nGaN层，Si的掺杂浓度为8×1018atoms/cm3～1.5×1019atoms/cm3；
5、生长MQW有源层：将反应室温度降至800℃-970℃，在N2气氛下，在上述的nGaN层上生长MQW有源层；MQW有源层是由InGaN阱层和GaN垒层周期性叠加生长组成的多量子阱结构，其中InGaN层厚度为2nm-3.5nm，GaN厚度为8nm-13nm，叠加的循环周期数为11-18个；
6、生长电子阻挡层:将反应室温度升至860℃-950℃，在N2气氛下，通入摩尔浓度为5.17×10-06mol/min-1.03×10-05mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源，在上述的MQW有源层上生长P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层；
7、生长第一P型GaN层：将反应室温度升至1000℃-1070℃，在N2气氛下，反应室压力为400mbar-700mbar，通入摩尔浓度为1.03×10-05mol/min-1.45×10-05mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源，在上述电子阻挡层上生长40nm-80nm厚第一P型GaN层；
8、生长第二P型GaN层：将反应室温度升至1070℃-1140℃，反应室压力为400mbar-700mbar，在H2和N2混合气氛下，通入摩尔浓度为1.14×10-05mol/min-1.97×10-05mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源，在上述第一P型GaN层上生长30nm-70nm厚第二P型GaN层；
9、生长第三P型GaN层：保持反应室温度不变，反应室压力降为200mbar-400mbar，在H2和N2混合气氛下，通入摩尔浓度为8.8×10-06mol/min-1.29×10-05mol/min的Cp2Mg源作为Mg掺杂源，在上述第二P型GaN层上生长4nm-10nm厚第三P型GaN层；
10、生长接触层，将反应室温度降至750℃-820℃，反应室压力为100mbar-300mbar，在N2气氛下，在上述的第三P型GaN层上生长3nm-6nm厚的InGaN接触层；
11、降温冷却：将温度降至600℃～750℃，反应室压力为300mbar-500mbar，在N2气氛下，活化时间5min～20min。
测试：将实施例1、对比例1和比实施例2得到的产品制成10mil×27mil的芯片，并进行性能测试。测试结构请见表1，图2及图3。
表1
| LOP(mw) | VF(V) | IR | ESD(2000V) | |
| 对比例1 | 116.2 | 3.249 | 0.015 | 86.8％ |
| 对比例2 | 115.005 | 3.256 | 0.018 | 85.5％ |
| 实施例1 | 118.748 | 3.248 | 0.013 | 93.8％ |
从表1、图2及图3可以看出，实施例1的方法得到的芯片的亮度(LOP)和抗静电能力(ESD)均高于对比例1和对比例2的方法得到的芯片。因此，可以推断采用本发明提供的制备方法生长的LED芯片的光电性能更加优越，安全性能更高。
对比例1中电子阻挡层、第一p型层和第二p型层Mg掺杂浓度相近，对比例2中电子阻挡层、第一p型层和第二p型层Mg掺杂浓度为逐步增加，而实施1中电子阻挡层、第一p型层和第二p型层Mg浓度为高-低-高分布情况，一方面提高空穴浓度和迁移率，提高了LED器件的亮度；另一方面通过Mg掺杂浓度高-低-高阶梯分布结构组成电容式结构，对高压静电的冲击起到了分散、缓冲的作用，减少了高压静电的破坏力，从而提高GaN基LED器件的抗静电能力。
实施例2
本发明还提供一种通过上述LED外延层的生长方法获得的LED芯片，该LED芯片的衬底由下到上依次包括：
缓冲层：厚度为20nm-35nm；
不掺杂GaN层：厚度为2μm-3.5μm；
掺杂Si的N型GaN层：厚度为2μm-3.5μm，Si的掺杂浓度为8×1018atoms/cm3～1.5×1019atoms/cm3；
MQW有源层：包括11-18个重叠单元，每一个重叠单元依次包括一个厚度为2nm-3.5nm的InGaN阱层和一个厚度为8nm-13nm的GaN垒层；
电子阻挡层：包括4-8个重叠单元，每一个重叠单元依次包括一个厚度为2.8nm-5nm得P型AlGaN势垒层和一个厚度为2.5nm-4nm的InGaN势阱层；
掺杂Mg的P型GaN层：包括一个厚度为40nm-80nm第一P型GaN层，一个厚度为30nm-70nm的第二P型GaN层以及一个厚度为4nm-10nm的第三P型GaN层。
上述第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度小于第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度，第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度小于第三P型GaN层中掺Mg的浓度。
上述第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度为8×1018atoms/cm3～1.5×1019atoms/cm3，第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度为7×1019atoms/cm3～1×1020atoms/cm3，第三P型GaN层中掺杂Mg的浓度为2.5×1020atoms/cm3～5×1020atoms/cm3。
通过以上各实施例可知，本申请存在的有益效果是：
(1)本发明所提供的LED外延层生长方法及通过此方法获得的LED芯片，P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层中掺杂Mg的浓度大于第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度，与第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度相近；第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度小于第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度，因此，AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层、第一P型GaN层和第二P型GaN层三层材料层Mg浓度呈U型掺杂。高掺Mg低电阻率P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层、低掺Mg高电阻率第一P型GaN层和高掺Mg低电阻率第二P型GaN层三层材料层相当于在外延层结构形成p型电容式结构。对高压静电的冲击起到了分散、缓冲的作用，从而提高GaN基LED器件的抗静电能力。
(2)该结构中通过高掺Mg浓度P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层、P型AlGaN势垒层阻碍空穴逃逸和P型InGaN势阱层束缚空穴来提高P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层的空穴浓度，另外，AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层、第一P型GaN层和第二P型GaN层三层材料层Mg浓度呈U型掺杂，低掺P型GaN层空穴迁移率较大，为空穴扩散提供助力，提高空穴迁移率，从而提高发光效率。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请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申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种LED外延层生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温缓冲层GaN、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长MQW有源层、生长电子阻挡层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，其特征在于，
所述生长掺杂Mg的P型GaN层进一步为：
将反应室温度升至1000℃-1070℃，反应室压力为400mbar-700mbar，在N2气氛下，在所述电子阻挡层上生长掺杂Mg的厚度为40nm-80nm第一P型GaN层；
将反应室温度升至1070℃-1140℃，反应室压力为400mbar-700mbar，在H2和N2混合气氛下，在所述第一P型GaN层上生长掺杂Mg的厚度为30nm-70nm的第二P型GaN层；
将反应室温度升至1070℃-1140℃，反应室压力为200mbar-400mbar，在H2和N2混合气氛下，在所述第二P型GaN层上生长掺杂Mg的厚度为4nm-10nm的第三P型GaN层。
2.根据权利要求1所述LED外延层生长方法，其特征在于，
所述第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度小于所述第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度，所述第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度小于所述第三P型GaN层中掺Mg的浓度。
3.根据权利要求1或2所述LED外延层生长方法，其特征在于，
所述第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度为8×1018atoms/cm3～1.5×1019atoms/cm3，所述第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度为7×1019atoms/cm3～1×1020atoms/cm3，所述第三P型GaN层中掺杂Mg的浓度为2.5×1020atoms/cm3～5×1020atoms/cm3。
4.根据权利要求1所述LED外延层生长方法，其特征在于，
所述生长电子阻挡层进一步为：
将反应室温度升至860℃-950℃，在N2气氛下，在所述MQW有源层上生长掺杂Mg的厚度为40nm-80nm的P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层：
在MQW有源层上生长掺杂Mg的厚度为2.8nm-5nm的P型AlGaN层，作为势垒层；
在所述P型AlGaN层上生长厚度为2.5nm-4nm的InGaN层，作为势阱层；
依次周期性交互重叠生长所述势垒层与所述势阱层，生长周期为4-8个。
5.根据权利要求4所述LED外延层生长方法，其特征在于，
所述P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层中掺杂Mg的浓度大于所述第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度。
6.根据权利要求4或5所述LED外延层生长方法，其特征在于，
所述P型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层中掺杂Mg的浓度为7×1019atoms/cm3～1.5×1020atoms/cm3。
7.根据权利要求1、2、4或5所述LED外延层生长方法，其特征在于，
所述处理衬底进一步为：将温度升至1230℃-1280℃，将衬底处理4min-8min；
所述生长低温缓冲层进一步为：将温度降至520℃-590℃，在H2气氛下，在所述衬底上生长20nm-35nm厚的缓冲层；
所述生长不掺杂GaN层进一步为：将反应室温度升至1160℃-1280℃，在H2气氛下，在上述的缓冲层上生长2μm-3.5μm厚的uGaN层；
所述掺杂Si的N型GaN层进一步为：将反应室温度升至1240℃-1290℃，反应室压力为500mbar-650mbar，在H2气氛下，在上述的uGaN层上生长2μm-3.5μm厚的nGaN层，Si的掺杂浓度为8×1018atoms/cm3～1.5×1019atoms/cm3；
所述生长MQW有源层进一步为：将反应室温度降至800℃-970℃，在N2气氛下，在上述的nGaN层上生长MQW有源层，MQW有源层是由InGaN阱层和GaN垒层周期性叠加生长组成的多量子阱结构，其中InGaN层厚度为2-3.5nm，GaN厚度为8-13nm，叠加的循环周期数为11-18个。
8.一种通过权利要求1～7之任一项所述的LED外延层的生长方法获得的LED芯片，其特征在于：
所述LED芯片的衬底由下到上依次包括：
缓冲层：厚度为20nm-35nm；
不掺杂GaN层：厚度为2μm-3.5μm；
掺杂Si的N型GaN层：厚度为2μm-3.5μm，Si的掺杂浓度为8×1018atoms/cm3～1.5×1019atoms/cm3；
MQW有源层：包括11-18个重叠单元，每一个重叠单元依次包括一个厚度为2nm-3.5nm的InGaN阱层和一个厚度为8nm-13nm的GaN垒层；
电子阻挡层：包括4-8个重叠单元，每一个重叠单元依次包括一个厚度为2.8nm-5nm得P型AlGaN势垒层和一个厚度为2.5nm-4nm的InGaN势阱层；
掺杂Mg的P型GaN层：包括一个厚度为40nm-80nm第一P型GaN层，一个厚度为30nm-70nm的第二P型GaN层以及一个厚度为4nm-10nm的第三P型GaN层。
9.根据权利要求8所述的LED芯片，其特征在于：
所述第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度小于所述第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度，所述第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度小于所述第三P型GaN层中掺Mg的浓度。
10.根据权利要求8或9所述的LED芯片，其特征在于：
所述第一P型GaN层中掺杂Mg的浓度为8×1018atoms/cm3～1.5×1019atoms/cm3，所述第二P型GaN层中掺杂Mg的浓度为7×1019atoms/cm3～1×1020atoms/cm3，所述第三P型GaN层中掺杂Mg的浓度为2.5×1020atoms/cm3～5×1020atoms/cm3。
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Denomination of invention: LED epitaxial layer growth method and LED chips obtained by this method Granted publication date: 20180130 Pledgee: Huaxia Bank Co.,Ltd. Chenzhou Branch Pledgor: XIANGNENG HUALEI OPTOELECTRONIC Co.,Ltd. Registration number: Y2024980045783 |