CN105932115A - 提高led芯片抗静电性能的外延生长方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法，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AlGaN层、生长N型AlGaN/GaN超晶格层、生长多量子阱发光层、生长PAlGaN电子阻挡层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却。本申请通过引入掺杂Si的AlGaN层和N型AlGaN/GaN超晶格层，提高了电流的扩展能力，从而避免电流密度过高而造成的器件损伤，大大改善了LED的ESD性能，提高LED器件的发光效率，减少器件的反向漏电。
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，涉及一种提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法。
背景技术
目前LED(Light Emitting Diode，发光二极管)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；市场上对LED亮度和光效的需求与日俱增，如何生长更好的外延片日益受到重视，因为外延层晶体质量的提高，LED器件的性能可以得到提升，LED的发光效率、寿命、抗老化能力、抗静电能力、稳定性会随着外延层晶体质量的提升而提升。
MOCVD生长LED外延结构过程中，因为基板和GaN晶格失配的问题，生长的过程中缺陷包括点位错、韧性位错、螺旋位错不可避免的存在，一般MOCVD生长的GaN位错密度介于1E+10-3E+10个/m2，目前只能减少GaN晶体中的位错密度，但不能完全消除，位错的存在破坏了GaN原本的晶体排序，对LED器件带来很多负面影响，比如螺旋位错从外延层底层延伸至外延层表面，穿过发光层，LED发光层的位错产生空穴和电子的非发光辐射损失了器件的光输出功率，位错为器件的漏电提供路径，器件的漏电加速了器件的老化，器件抗静电能力也因为位错的存在提高被击穿的路径而大大的减弱。而且目前LED市场上要求LED芯片驱动电压低，特别是大电流密度下驱动电压越小越好、光效越高越好，但电流密度过高，如果外延结构没有改善，电流的扩展能力没有得到有效解决，易造成器件损伤，从而降低LED器件的ESD性能,增加了器件的反向漏电。
传统的LED外延生长方法的制作过程包括：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，生长多量子阱发光层、生长PAlGaN电子阻挡层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却。
市场上要求的大功率LED芯片都要求器件的抗老化能力抗静电能力比较高，传统的外延生长方法制作的LED芯片已经很难满足客户越来越高的要。
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提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法，很好了解决了器件的漏电和抗静电能力，还一定程度上提高了LED的光输出功率。
为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：
一种提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温缓冲层GaN、生长不掺杂GaN层、生长多量子阱发光层、生长PAlGaN电子阻挡层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，其特征在于，
在所述生长不掺杂GaN层之后、所述生长多量子阱发光层之前，还包括依次生长掺杂Si的AlGaN层和生长N型AlGaN/GaN超晶格层，
所述生长掺杂Si的AlGaN层，进一步为：
保持反应腔压力100mbar-300mbar，温度950℃-1030℃，生长一层厚度为20nm-200nm的掺杂Si的AlGaN层，其中，Si的掺杂浓度为8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3，Al的掺杂浓度为5E19atoms/cm3-4E20atoms/cm3，Al的组分控制在15％-40％之间；
所述生长N型AlGaN/GaN超晶格层，进一步为：
升高温度至1030℃-1100℃，保持反应腔压力200mbar-500mbar，周期性持续生长由厚度为2.5nm-50nm的掺杂Si的AlGaN层和厚度为2.5nm-50nm的N型GaN层组成的N型AlGaN/GaN超晶格层，其中：
交替生长所述掺杂Si的AlGaN层和所述N型GaN层，周期数为20-200，形成所述N型AlGaN/GaN超晶格层，所述N型AlGaN/GaN超晶格层的总体厚度为2μm-4μm，
Si的掺杂浓度为：8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3，Al的掺杂浓度为1E17atoms/cm3-1E18atoms/cm3，Al的组分控制在3％-10％之间，
生长所述掺杂Si的AlGaN层和生长所述N型GaN层的顺序可互换。
优选地，其中：
所述处理衬底，进一步为：在1000℃-1020℃的H2气氛下，保持反应腔压力100mbar-150mbar，处理蓝宝石衬底5min-10min。
优选地，其中：
所述生长低温缓冲层GaN，进一步为：
降温至520℃-550℃，保持反应腔压力500mbar-1000mbar，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-30nm的低温缓冲层GaN。
优选地，其中：
所述生长不掺杂GaN层，进一步为：
升高温度到1030℃-1080℃，保持温度不变，保持反应腔压力200mbar-300mbar，持续生长2μm-4μm的不掺杂GaN层。
优选地，其中：
所述生长多量子阱发光层，进一步为：
降低温度至730℃-780℃，保持反应腔压力200mbar-500mbar，周期性生长由InxGa(1-x)N阱层和GaN磊层组成的多量子阱发光层，其中：
所述InxGa(1-x)N阱层的厚度为2.0nm-4.0nm，所述GaN磊层的厚度为10nm-15nm，
交替生长所述InxGa(1-x)N阱层和所述GaN磊层，生长周期为6-15，形成InxGa(1-x)N/GaN发光层，
所述InxGa(1-x)N/GaN发光层的总体厚度为120nm-130nm。
优选地，其中：
所述生长PAlGaN电子阻挡层，进一步为：
保持反应腔压力100mbar-300mbar、升高温度至850℃-950℃，持续生长掺杂Al和Mg的厚度为20nm-100nm的P AlGaN电子阻挡层，其中：
Al掺杂浓度为1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度为3E18atoms/cm3-6E18atoms/cm3。
优选地，其中：
所述生长掺Mg的P型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力200mbar-300mbar、温度900℃-950℃，持续生长厚度为50nm-200nm的掺Mg的P型GaN层，其中：
Mg掺杂浓度为1E19atoms/cm3-3E19atoms/cm3。
优选地，其中：
所述降温冷却，进一步为：降温至750℃-800℃，压力控制在500mbar-800mbar，炉内退火25min-30min后，炉内降温冷却。
与现有技术相比，本申请所述的方法，达到了如下效果：
本发明提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法中，在生长不掺杂GaN层之后、生长多量子阱发光层之前，还包括依次生长掺杂Si的AlGaN层和生长N型AlGaN/GaN超晶格层。通过高Al组分的N型AlGaN来抑制底部位错的向上蔓延，同时又通过低Al组分的N型AlGaN与N型GaN的超晶格交替生长层，形成AlGaN/GaN异质结，对载流子产生一定的限制作用，使得电子被限制在调制掺杂的n型AlGaN/GaN超晶格中，形成二维电子气，提高了电流的扩展能力，从而避免电流密度过高而造成的器件损伤，大大改善了LED的ESD性能，提高LED器件的发光效率，减少器件的反向漏电。
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和实施例2中LED外延层的结构示意图；
图2为对比实施例1中LED外延层的结构示意图；
图3为采用本发明的方法和传统方法制得的30mil*30mil芯片的亮度分布对比图；
图4为采用本发明的方法和传统方法制得的30mil*30mil芯片的电压分布对比图；
图5为采用本发明的方法和传统方法制得的30mil*30mil芯片的ESD良率分布图；
其中，1、高温P型GaN，2、电子阻挡层，3、量子阱发光层，4、n型低Al组分AlGaN/GaN交替生长层，4-1、n型AlGaN，4-2、n型GaN，5、高Al组分n型AlGaN层，6、u型GaN，7、低温缓冲层GaN，8、基板；9、n型GaN。
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。
实施例1
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)，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150mbar到600mbar之间。具体生长方式如下(外延结构请参考图1)：
本发明提供一种提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温缓冲层GaN、生长不掺杂GaN层、生长多量子阱发光层、生长PAlGaN电子阻挡层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，其特征在于，
在所述生长不掺杂GaN层之后、所述生长多量子阱发光层之前，还包括依次生长掺杂Si的AlGaN层和生长N型AlGaN/GaN超晶格层，
所述生长掺杂Si的AlGaN层，进一步为：
保持反应腔压力100mbar-300mbar，温度950℃-1030℃，生长一层厚度为20nm-200nm的掺杂Si的AlGaN层，其中，Si的掺杂浓度为8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3，Al的掺杂浓度为5E19atoms/cm3-4E20atoms/cm3，Al的组分控制在15％-40％之间；
所述生长N型AlGaN/GaN超晶格层，进一步为：
升高温度至1030℃-1100℃，保持反应腔压力200mbar-500mbar，周期性持续生长由厚度为2.5nm-50nm的掺杂Si的AlGaN层和厚度为2.5nm-50nm的N型GaN层组成的N型AlGaN/GaN超晶格层，其中：
交替生长所述掺杂Si的AlGaN层和所述N型GaN层，周期数为20-200，形成所述N型AlGaN/GaN超晶格层，所述N型AlGaN/GaN超晶格层的总体厚度为2μm-4μm，
Si的掺杂浓度为：8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3，Al的掺杂浓度为1E17atoms/cm3-1E18atoms/cm3，Al的组分控制在3％-10％之间，
生长所述掺杂Si的AlGaN层和生长所述N型GaN层的顺序可互换。
本专利提供的新的生长方式有以下优点：通过高Al组分的N型AlGaN来抑制底部位错的向上蔓延，同时又通过低Al组分的N型AlGaN与N型GaN的超晶格交替生长层，形成AlGaN/GaN异质结，对载流子产生一定的限制作用，使得电子被限制在调制掺杂的n型AlGaN/GaN超晶格中，形成二维电子气，提高了电流的扩展能力，从而避免电流密度过高而造成的器件损伤，大大改善了LED的ESD性能，提高LED器件的发光效率，减少器件的反向漏电。
实施例2
本实施例运用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)，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150mbar到600mbar之间。具体生长方式如下(外延结构请参考图1)：
1、在1000℃-1020℃的H2气氛下，保持反应腔压力100mbar-150mbar，处理蓝宝石衬底5min-10min。
2、降温至520℃-550℃，保持反应腔压力500mbar-1000mbar，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-30nm的低温缓冲层GaN。
3、升高温度到1030℃-1080℃，保持温度不变，保持反应腔压力200mbar-300mbar，持续生长2μm-4μm的不掺杂GaN层。
4、降低温度至950℃-1030℃，保持反应腔压力100mbar-300mbar，生长一层厚度为20nm-200nm的掺杂Si的AlGaN层，其中，Si的掺杂浓度为8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3，Al的掺杂浓度为5E19atoms/cm3-4E20atoms/cm3，Al的组分控制在15％-40％之间。
5、升高温度至1030℃-1100℃，保持反应腔压力200mbar-500mbar，周期性持续生长由厚度为2.5nm-50nm的掺杂Si的AlGaN层和厚度为2.5nm-50nm的N型GaN层组成的N型AlGaN/GaN超晶格层，其中：
交替生长所述掺杂Si的AlGaN层和所述N型GaN层，周期数为20-200，形成所述N型AlGaN/GaN超晶格层，所述N型AlGaN/GaN超晶格层的总体厚度为2μm-4μm，
Si的掺杂浓度为：8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3，Al的掺杂浓度为1E17atoms/cm3-1E18atoms/cm3，Al的组分控制在3％-10％之间，
生长所述掺杂Si的AlGaN层和生长所述N型GaN层的顺序可互换。
6、降低温度至730℃-780℃，保持反应腔压力200mbar-500mbar，周期性生长由InxGa(1-x)N阱层和GaN磊层组成的多量子阱发光层，其中：
所述InxGa(1-x)N阱层的厚度为2.0nm-4.0nm，所述GaN磊层的厚度为10nm-15nm，
交替生长所述InxGa(1-x)N阱层和所述GaN磊层，生长周期为6-15，形成InxGa(1-x)N/GaN发光层，
所述InxGa(1-x)N/GaN发光层的总体厚度为120nm-130nm。
7、保持反应腔压力100mbar-300mbar、升高温度至850℃-950℃，持续生长掺杂Al和Mg的厚度为20nm-100nm的P AlGaN电子阻挡层，其中：
Al掺杂浓度为1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度为3E18atoms/cm3-6E18atoms/cm3。
8、然后升温至900℃-950℃，保持反应腔压力200mbar-300mbar、持续生长厚度为50nm-200nm的掺Mg的高温P型GaN层，其中：
Mg掺杂浓度为1E19atoms/cm3-3E19atoms/cm3。
9、降温至750℃-800℃，压力控制在500mbar-800mbar，炉内退火25min-30min后，炉内降温冷却。
本专利发明的重点在于外延生长第4步和第5步的生长方式，即先生长一层高Al组分N型AlGaN层，再生长一组低Al组分N型AlGaN层和N型GaN的超晶格交替生长层。
本专利提供的新的生长方式有以下优点：通过高Al组分的N型AlGaN来抑制底部位错的向上蔓延，同时又通过低Al组分的N型AlGaN与N型GaN的超晶格交替生长层，形成AlGaN/GaN异质结，对载流子产生一定的限制作用，使得电子被限制在调制掺杂的n型AlGaN/GaN超晶格中，形成二维电子气，提高了电流的扩展能力，从而避免电流密度过高而造成的器件损伤，大大改善了LED的ESD性能，提高LED器件的发光效率，减少器件的反向漏电。
实施例3
以下提供对比实施例1，即传统LED外延层的生长方法。
传统LED外延层的生长方法为(外延层结构参见图2)：
1、在1000℃-1020℃的H2气氛下，保持反应腔压力100mbar-150mbar，处理蓝宝石衬底5min-10min。
2、降温至520℃-550℃，保持反应腔压力500mbar-1000mbar，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-30nm的低温缓冲层GaN。
3、升高温度到1030℃-1080℃，保持温度不变，保持反应腔压力200mbar-300mbar，持续生长2μm-4μm的不掺杂GaN层。
4、保持温度不变，压力控制在200mbar-500mbar，接着生长2μm-4μm的掺杂Si的N型GaN，Si的掺杂浓度为8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3。
5、然后降温至730℃-780℃，保持反应腔压力200mbar-500mbar，周期性生长由InxGa(1-x)N阱层和GaN磊层组成的多量子阱发光层，其中：所述InxGa(1-x)N阱层的厚度为2.0nm-4.0nm，所述GaN磊层的厚度为10nm-15nm，交替生长所述InxGa(1-x)N阱层和所述GaN磊层，生长周期为6-15，形成InxGa(1-x)N/GaN发光层，所述InxGa(1-x)N/GaN发光层的总体厚度为120nm-130nm。
6、升高温度至850℃-950℃，应腔压力控制在100mbar-300mbar、持续生长掺杂Al和Mg的P AlGaN电子阻挡层，Al掺杂浓度为1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度为3E18atoms/cm3-6E18atoms/cm3。
7、然后降温至900℃-950℃，保持反应腔压力200mbar-300mbar，生长厚度为50nm-200nm的掺Mg的高温P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E19atoms/cm3-3E19atoms/cm3。
8、最后降温至750℃-800℃，压力控制在500mbar-800mbar，炉内退火25min-30min后，炉内降温冷却。
根据传统的LED的生长方法(实施例3的方法)制备样品1，根据本专利描述的方法制备样品2；样品1和样品2外延生长方法参数不同点在于生长n层的方法不一样，本发明的生长方法参见实施例2中的第4步和第5步，生长其它外延层生长条件完全一样(请参考表1)。
样品1和样品2在相同的前工艺条件下镀ITO层约800埃-1200埃，相同的条件下镀Cr/Pt/Au电极约450埃-500埃，相同的条件下镀保护层SiO2约150埃-250埃，然后在相同的条件下将样品研磨切割成762μm*762μm(30mil*30mil)的芯片颗粒，然后进行测试。
样品1和样品2在相同位置各自挑选150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，得到的参数参见图3、图4和图5。以下表1为产品生长参数对比表。
表1 样品1、2产品生长参数比较
结合表1、图3-图5的数据可得出以下结论：
将积分球获得的数据进行分析对比，请参考图3-图5，从图3数据得出，样品2较样品1亮度从440mw-450mw增加至460mw-470mw，从图4数据得出样品2较样品1反向漏电从0.01μA-0.02μA降低至0.001μA-0.002μA，从图5数据得出样品1抗静电能力(ESD良率)从2kv增至8kv，ESD通过的良率显著增加。
因此，本专利提供的生长方法提高了大尺寸芯片的亮度，降低了反向漏电，还显著提高了抗静电能力。
通过以上各实施例可知，本申请存在的有益效果是：
本发明提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法中，在生长不掺杂GaN层之后、生长多量子阱发光层之前，还包括依次生长掺杂Si的AlGaN层和生长N型AlGaN/GaN超晶格层。通过高Al组分的N型AlGaN来抑制底部位错的向上蔓延，同时又通过低Al组分的N型AlGaN与N型GaN的超晶格交替生长层，形成AlGaN/GaN异质结，对载流子产生一定的限制作用，使得电子被限制在调制掺杂的n型AlGaN/GaN超晶格中，形成二维电子气，提高了电流的扩展能力，从而避免电流密度过高而造成的器件损伤，大大改善了LED的ESD性能，提高LED器件的发光效率，减少器件的反向漏电。
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 (8)
1.一种提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温缓冲层GaN、生长不掺杂GaN层、生长多量子阱发光层、生长PAlGaN电子阻挡层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，其特征在于，
在所述生长不掺杂GaN层之后、所述生长多量子阱发光层之前，还包括依次生长掺杂Si的AlGaN层和生长N型AlGaN/GaN超晶格层，
所述生长掺杂Si的AlGaN层，进一步为：
保持反应腔压力100mbar-300mbar，温度950℃-1030℃，生长一层厚度为20nm-200nm的掺杂Si的AlGaN层，其中，Si的掺杂浓度为8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3，Al的掺杂浓度为5E19atoms/cm3-4E20atoms/cm3，Al的组分控制在15％-40％之间；
所述生长N型AlGaN/GaN超晶格层，进一步为：
升高温度至1030℃-1100℃，保持反应腔压力200mbar-500mbar，周期性持续生长由厚度为2.5nm-50nm的掺杂Si的AlGaN层和厚度为2.5nm-50nm的N型GaN层组成的N型AlGaN/GaN超晶格层，其中：
交替生长所述掺杂Si的AlGaN层和所述N型GaN层，周期数为20-200，形成所述N型AlGaN/GaN超晶格层，所述N型AlGaN/GaN超晶格层的总体厚度为2μm-4μm，
Si的掺杂浓度为：8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3，Al的掺杂浓度为1E17atoms/cm3-1E18atoms/cm3，Al的组分控制在3％-10％之间，
生长所述掺杂Si的AlGaN层和生长所述N型GaN层的顺序可互换。
2.根据权利要求1所述提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法，其特征在于，
所述处理衬底，进一步为：在1000℃-1020℃的H2气氛下，保持反应腔压力100mbar-150mbar，处理蓝宝石衬底5min-10min。
3.根据权利要求1所述提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法，其特征在于，
所述生长低温缓冲层GaN，进一步为：
降温至520℃-550℃，保持反应腔压力500mbar-1000mbar，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-30nm的低温缓冲层GaN。
4.根据权利要求1所述提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法，其特征在于，
所述生长不掺杂GaN层，进一步为：
升高温度到1030℃-1080℃，保持温度不变，保持反应腔压力200mbar-300mbar，持续生长2μm-4μm的不掺杂GaN层。
5.根据权利要求1所述提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法，其特征在于，
所述生长多量子阱发光层，进一步为：
降低温度至730℃-780℃，保持反应腔压力200mbar-500mbar，周期性生长由InxGa(1-x)N阱层和GaN磊层组成的多量子阱发光层，其中：
所述InxGa(1-x)N阱层的厚度为2.0nm-4.0nm，所述GaN磊层的厚度为10nm-15nm，
交替生长所述InxGa(1-x)N阱层和所述GaN磊层，生长周期为6-15，形成InxGa(1-x)N/GaN发光层，
所述InxGa(1-x)N/GaN发光层的总体厚度为120nm-130nm。
6.根据权利要求1所述提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法，其特征在于，
所述生长PAlGaN电子阻挡层，进一步为：
保持反应腔压力100mbar-300mbar、升高温度至850℃-950℃，持续生长掺杂Al和Mg的厚度为20nm-100nm的P AlGaN电子阻挡层，其中：
Al掺杂浓度为1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度为3E18atoms/cm3-6E18atoms/cm3。
7.根据权利要求1所述提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法，其特征在于，
所述生长掺Mg的P型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力200mbar-300mbar、温度900℃-950℃，持续生长厚度为50nm-200nm的掺Mg的P型GaN层，其中：
Mg掺杂浓度为1E19atoms/cm3-3E19atoms/cm3。
8.根据权利要求1～7之任一所述提高LED芯片抗静电性能的外延生长方法，其特征在于，
所述降温冷却，进一步为：降温至750℃-800℃，压力控制在500mbar-800mbar，炉内退火25min-30min后，炉内降温冷却。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1933199A (zh) * | 1998-03-12 | 2007-03-21 | 日亚化学工业株式会社 | 氮化物半导体元件 |
| CN103806104A (zh) * | 2014-02-19 | 2014-05-21 | 中国科学院半导体研究所 | 一种高Al组分AlGaN薄膜的制备方法 |
| CN105261678A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-01-20 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种提高led内量子效率的外延生长方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1933199A (zh) * | 1998-03-12 | 2007-03-21 | 日亚化学工业株式会社 | 氮化物半导体元件 |
| CN103806104A (zh) * | 2014-02-19 | 2014-05-21 | 中国科学院半导体研究所 | 一种高Al组分AlGaN薄膜的制备方法 |
| CN105261678A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-01-20 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种提高led内量子效率的外延生长方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114156380A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-08 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 提高内量子效率的发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN114156380B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-09-22 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 提高内量子效率的发光二极管外延片及其制备方法 |
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