CN106129198B - Led外延生长方法 - Google Patents
Led外延生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106129198B CN106129198B CN201610834416.2A CN201610834416A CN106129198B CN 106129198 B CN106129198 B CN 106129198B CN 201610834416 A CN201610834416 A CN 201610834416A CN 106129198 B CN106129198 B CN 106129198B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- growth
- layers
- gan
- temperature
- layer
- 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 206
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 205
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 16
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 9
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 claims description 9
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 8
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 4
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 26
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 230000007773 growth pattern Effects 0.000 description 3
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 3
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000003712 anti-aging effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- XZGYRWKRPFKPFA-UHFFFAOYSA-N methylindium Chemical compound [In]C XZGYRWKRPFKPFA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 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
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 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
- H01L33/0075—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
- H01L33/14—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 carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
- H01L33/145—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 carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure
-
- 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
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本申请公开了一种LED外延生长方法,依次包括:处理衬底、生长低温GaN成核层、生长高温缓冲层GaN、生长非掺杂u‑GaN层、生长掺杂Si的n‑GaN层、生长发光层、生长i‑AlGaN层和p‑InGaN层的交替生长结构、生长高温p型GaN层、生长p型GaN接触层、降温冷却。如此方案,把传统的LED外延电子阻挡层,设计为低压高温的i‑AlGaN层和高压低温的p‑InGaN层的交替层生长结构,既起到电子阻挡效果,又有助于空穴注入水平的增加,从而提高LED的发光效率。
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,客户关注的是LED更省电,亮度更高、光效更好,这就为LED外延生长提出了更高的要求;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。
在InGaN/GaN基发光二极管(LED)材料结构中,p-AlGaN层通常位于量子阱与p型GaN之间,其作用是作为电子阻挡层将电子限定在量子阱区域,以克服在大电流密度注入条件下,电子溢出量子阱导致发光效率下降等问题。通常情况下,p-AlGaN层的生长存在很多困难,如材料晶体质量差、晶格失配及掺杂物激活率低等,而且p-AlGaN层掺入效率低下、空穴注入不足。
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外延生长方法,把传统的LED外延电子阻挡层,设计为低压高温的i-AlGaN层和高压低温的p-InGaN层的交替层生长结构,既起到电子阻挡效果,又有助于空穴注入水平的增加,从而提高LED的发光效率。
为了解决上述技术问题,本申请有如下技术方案:
一种LED外延生长方法,其特征在于,依次包括:处理衬底、生长低温GaN成核层、生长高温缓冲层GaN、生长非掺杂u-GaN层、生长掺杂Si的n-GaN层、生长发光层、生长高温p型GaN层、生长p型GaN接触层、降温冷却,
在所述生长发光层之后、生长高温p型GaN层之前,还包括:生长i-AlGaN层和p-InGaN层的交替生长结构,
所述生长i-AlGaN层和p-InGaN层的交替生长结构,具体为:
在反应腔中通入MO源,所述MO源为TMAl、TMGa、TMIn和CP2Mg,
保持反应腔压力20Torr-200Torr、保持生长温度900℃-1100℃,单层生长厚度为1nm-10nm的i-AlGaN层,其中,Al的摩尔组分为10%-30%;
保持反应腔压力200Torr-1000Torr、保持生长温度750℃-900℃,单层生长厚度为1nm-10nm的p-InGaN层,其中,In的摩尔组分为2%-20%,Mg掺杂浓度为1018cm-3-1021cm-3;
周期性生长所述i-AlGaN层和所述p-InGaN层,生长周期为2-50,
生长所述i-AlGaN层和生长所述p-InGaN层的顺序可互换。
优选地,其中:
所述生长低温GaN成核层,具体为:将温度下降到500℃-620℃,通入NH3和TMGa,保持反应腔压力400Torr-650Torr,生长厚度为20nm-40nm的低温GaN成核层。
优选地,其中:
所述生长高温缓冲层GaN,具体为:
低温GaN成核层生长结束后,停止通入TMGa,进行原位退火处理,退火温度升高至1000℃-1100℃,退火时间为5min-10min;
退火之后,将温度调节至900℃-1050℃,保持反应腔压力400Torr-650Torr,继续通入TMGa,外延生长厚度为0.2μm-1μm的高温缓冲层GaN。
优选地,其中:
所述生长非掺杂u-GaN层,具体为:
高温缓冲层GaN生长结束后,通入NH3和TMGa,保持温度为1050℃-1200℃,保持反应腔压力100Torr-500Torr,生长厚度为1μm-3μm的非掺杂u-GaN层。
优选地,其中:
所述生长掺杂Si的N型GaN层,具体为:
高温非掺杂u-GaN层生长结束后,通入NH3、TMGa和SiH4,生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层,厚度为2μm-4μm,生长温度为1050℃-1200℃,生长压力为100Torr-600Torr,Si掺杂浓度为8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3。
优选地,其中:
所述生长发光层,具体为:
掺杂Si的n-GaN层生长结束后,通入TEGa、TMIn和SiH4作为MO源,生长5-15个周期的InyGa1-y/GaN阱垒结构,其中,
量子阱InyGa1-y(y=0.1-0.3)层的厚度为2nm-5nm,生长温度为700℃-800℃,生长压力为100Torr-500Torr,
垒层GaN的厚度为8nm-15nm,生长温度为800℃-950℃,生长压力为100Torr-500Torr,垒层中Si的掺杂浓度为8E16atoms/cm3-6E17atoms/cm3。
优选地,其中:
所述生长高温p型GaN层,具体为:
保持反应腔压力100Torr-500Torr、生长温度850℃-1000℃,通入TMGa和Cp2Mg作为MO源,持续生长厚度为100nm-800nm的p型AlGaN层,其中,Mg掺杂浓度1E18atoms/cm3-1E21atoms/cm3。
优选地,其中:
所述生长p型GaN接触层,具体为:
保持反应腔压力100Torr-500Torr、生长温度850℃-1050℃,通入TEGa和Cp2Mg作为MO源,持续生长5nm-20nm的p型GaN接触层,Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E22atoms/cm3。
优选地,其中:
所述降温冷却,具体为:
将反应室的温度降至650℃-800℃,采用纯N2氛围进行退火处理5min-10min,然后降至室温,结束生长。
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LED外延生长方法,与传统方法相比,把传统的LED外延电子阻挡层,设计为低压高温的i-AlGaN层和高压低温的p-InGaN层的交替层生长结构,目的是先通过低压高温生长i-AlGaN层,提高Al的掺杂效率及提高该层的结晶质量,以达到电子阻挡效果,又通过高压低温生长p-InGaN层,提高In的并入效率。通过AlGaN\InGaN异质结层,形成极化效应,可以有效地阻挡电子进入非辐射复合区域,同时使得空穴更好地横向扩展,既起到电子阻挡效果,又有助于空穴注入水平的增加,从而提高LED的发光效率。
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LED外延生长方法的流程图;
图2为本发明中LED外延层的结构示意图;
图3为对比实施例中LED外延层的结构示意图;
图4为30mil*30mil芯片亮度分布图;
图5为30mil*30mil芯片电压分布图;
其中,1、基板,2、缓冲层GaN,3、U型GaN层,4、n型GaN层,5、量子阱发光层,6、i-AlGaN/p-InGaN交替生长层,6.1、i-AlGaN层,6.2、p-InGaN层,7、高温P型GaN层,8、Mg:GaN接触层,9、电子阻挡层PAlGaN。
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VEECO MOCVD来生长高亮度GaN基LED外延片。采用高纯H2或高纯N2(纯度99.999%)的混合气体作为载气,高纯NH3(纯度99.999%)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(001)面蓝宝石,反应压力在100Torr到1000Torr之间。具体生长方式如下:
一种LED外延生长方法,参见图1,依次包括:处理衬底、生长低温GaN成核层、生长高温缓冲层GaN、生长非掺杂u-GaN层、生长掺杂Si的n-GaN层、生长发光层、生长高温p型GaN层、生长p型GaN接触层、降温冷却,
在所述生长发光层之后、生长高温p型GaN层之前,还包括:生长i-AlGaN层和p-InGaN层的交替生长结构,
所述生长i-AlGaN层和p-InGaN层的交替生长结构,具体为:
在反应腔中通入MO源,所述MO源为TMAl、TMGa、TMIn和CP2Mg,
保持反应腔压力20Torr-200Torr、保持生长温度900℃-1100℃,单层生长厚度为1nm-10nm的i-AlGaN层,其中,Al的摩尔组分为10%-30%;
保持反应腔压力200Torr-1000Torr、保持生长温度750℃-900℃,单层生长厚度为1nm-10nm的p-InGaN层,其中,In的摩尔组分为2%-20%,Mg掺杂浓度为1018cm-3-1021cm-3;
周期性生长所述i-AlGaN层和所述p-InGaN层,生长周期为2-50,
生长所述i-AlGaN层和生长所述p-InGaN层的顺序可互换。
本发明LED外延生长方法,与传统方法相比,把传统的LED外延电子阻挡层,设计为低压高温的i-AlGaN层和高压低温的p-InGaN层的交替层生长结构,目的是先通过低压高温生长i-AlGaN层,提高Al的掺杂效率及提高该层的结晶质量,以达到电子阻挡效果,又通过高压低温生长p-InGaN层,提高In的并入效率。通过AlGaN/InGaN异质结层,形成极化效应,可以有效地阻挡电子进入非辐射复合区域,同时使得空穴更好地横向扩展,既起到电子阻挡效果,又有助于空穴注入水平的增加,从而提高LED的发光效率。
实施例2
以下提供本发明的LED外延生长方法的应用实施例,其外延结构参见图2,生长方法参见图1。运用VEECO 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100tor到1000tor之间。具体生长方式如下:
步骤101、处理衬底:
将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火,清洁衬底表面,温度为1050℃-1150℃。
步骤102、生长低温GaN成核层:
将温度下降到500℃-620℃,通入NH3和TMGa,保持反应腔压力400Torr-650Torr,生长厚度为20nm-40nm的低温GaN成核层。
步骤103、生长高温缓冲层GaN:
低温GaN成核层生长结束后,停止通入TMGa,进行原位退火处理,退火温度升高至1000℃-1100℃,退火时间为5min-10min;
退火之后,将温度调节至900℃-1050℃,保持反应腔压力400Torr-650Torr,继续通入TMGa、外延生长厚度为0.2μm-1μm的高温缓冲层GaN。
步骤104、生长非掺杂u-GaN层:
高温缓冲层GaN生长结束后,通入NH3和TMGa,保持温度为1050℃-1200℃,保持反应腔压力100Torr-500Torr,生长厚度为1μm-3μm的非掺杂u-GaN层。
步骤105、生长掺杂Si的N型GaN层:
高温非掺杂u-GaN层生长结束后,通入NH3、TMGa和SiH4,生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层,厚度为2μm-4μm,生长温度为1050℃-1200℃,生长压力为100Torr-600Torr,Si掺杂浓度为8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3。
步骤106、生长量子阱MQW发光层:
掺杂Si的n-GaN层生长结束后,通入TEGa、TMIn和SiH4作为MO源,生长5-15个周期的InyGa1-y/GaN阱垒结构,其中,
量子阱InyGa1-y(y=0.1-0.3)层的厚度为2nm-5nm,生长温度为700℃-800℃,生长压力为100Torr-500Torr,
垒层GaN的厚度为8nm-15nm,生长温度为800℃-950℃,生长压力为100Torr-500Torr,垒层中Si的掺杂浓度为8E16atoms/cm3-6E17atoms/cm3。
步骤107、生长i-AlGaN层和p-InGaN层的交替生长结构:
在反应腔中通入MO源,所述MO源为TMAl、TMGa、TMIn和CP2Mg,
保持反应腔压力20Torr-200Torr、保持生长温度900℃-1100℃,单层生长厚度为1nm-10nm的i-AlGaN层,其中,Al的摩尔组分为10%-30%;
保持反应腔压力200Torr-1000Torr、保持生长温度750℃-900℃,单层生长厚度为1nm-10nm的p-InGaN层,其中,In的摩尔组分为2%-20%,Mg掺杂浓度为1018cm-3-1021cm-3;
周期性生长所述i-AlGaN层和所述p-InGaN层,生长周期为2-50,
生长所述i-AlGaN层和生长所述p-InGaN层的顺序可互换。
步骤108、生长高温p型GaN层:
保持反应腔压力100Torr-500Torr、生长温度850℃-1000℃,通入TMGa和Cp2Mg作为MO源,持续生长厚度为100nm-800nm的p型AlGaN层,其中,Mg掺杂浓度1E18atoms/cm3-1E21atoms/cm3。
步骤109、生长p型GaN接触层:
保持反应腔压力100Torr-500Torr、生长温度850℃-1050℃,通入TEGa和Cp2Mg作为MO源,持续生长5nm-20nm的p型GaN接触层,Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E22atoms/cm3。
步骤110、降温冷却:
外延生长结束后,将反应室的温度降至650℃-800℃,采用纯N2氛围进行退火处理5min-10min,然后降至室温,结束生长。
外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
实施例3
以下提供一种常规LED外延生长方法作为本发明的对比实施例。
常规LED外延的生长方法为(外延层结构参见图3):
1、将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火,清洁衬底表面,温度为1050-1150℃。
2、将温度下降到500-620℃,通入NH3和TMGa,生长20-40nm厚的低温GaN成核层,生长压力为400-650Torr。
3、低温GaN成核层生长结束后,停止通入TMGa,进行原位退火处理,退火温度升高至1000-1100℃,退火时间为5-10min;退火之后,将温度调节至900-1050℃,继续通入TMGa,外延生长厚度为0.2-1um间的高温GaN缓冲层,生长压力为400-650Torr。
4、高温GaN缓冲层生长结束后,通入NH3和TMGa,生长厚度为1-3um非掺杂的u-GaN层,生长过程温度为1050-1200℃,生长压力为100-500Torr。
5、高温非掺杂GaN层生长结束后,通入NH3、TMGa和SiH4,生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层,厚度为2-4um,生长温度为1050-1200℃,生长压力为100-600Torr,Si掺杂浓度为8*1018-2*1019cm-3。
6、n-GaN生长结束后,生长多周期量子阱MQW发光层,所用MO源为TEGa、TMIn及SiH4。发光层多量子阱由5-15个周期的InyGa1-yN/GaN阱垒结构组成,其中量子阱InyGa1-yN(y=0.1-0.3)层的厚度为2-5nm,生长温度为700-800℃,生长压力为100-500Torr;其中垒层GaN的厚度为8-15nm,生长温度为800-950℃,生长压力为100-500Torr,垒层GaN进行低浓度Si掺杂,Si掺杂浓度为8*1016-6*1017cm-3。
7、多周期量子阱MQW发光层生长结束后,生长厚度为50-200nm的p型AlGaN层,所用MO源为TMAl,TMGa和CP2Mg。生长温度为900-1100℃,生长时间为3-10min,压力在20-200Torr,p型AlGaN层的Al的摩尔组分为10%-30%,Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3。
8、p型AlGaN层生长结束后,生长高温p型GaN层,所用MO源为TMGa和CP2Mg。生长厚度为100-800nm,生长温度为850-1000℃,生长压力为100-500Torr,Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3。
9、P型GaN层生长结束后,生长厚度为5-20nm的p型GaN接触层,即Mg:GaN,所用MO源为TEGa和CP2Mg。生长温度为850-1050℃,生长压力为100-500Torr,Mg掺杂浓度为1019-1022cm-3。
10、外延生长结束后,将反应室的温度降至650-800℃,采用纯氮气氛围进行退火处理5-10min,然后降至室温,结束生长。外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
在同一机台上,根据常规的LED的生长方法(对比实施例的方法)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本发明把传统的P型AlGaN层,设计为低压高温的i-AlGaN层和高压低温的p-InGaN层的交替层生长结构,其它外延层生长条件完全一样,参见表1。
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70nm,相同的条件下镀保护层SiO2约30nm,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。
表1为样品1和样品2生长参数对比表。样品1为传统生长方式,生长单层p型AlGaN层;样品2为本专利生长方式,低压高温的i-AlGaN层和高压低温的p-InGaN层的交替生长结构,循环数为10个。
表1生长参数的对比
将积分球获得的数据进行分析对比,请参考图4和图5,从图4可看出,样品2较样品1亮度从500mw左右增加至520mw以上,从图5数据可看出,样品2较样品1驱动电压从3.32V降低至3.27V左右。实验数据证明了本专利的方案提高了大尺寸芯片的亮度并降低了驱动电压。
通过以上各实施例可知,本申请存在的有益效果是:
本发明LED外延生长方法,与传统方法相比,把传统的LED外延电子阻挡层,设计为低压高温的i-AlGaN层和高压低温的p-InGaN层的交替层生长结构,目的是先通过低压高温生长i-AlGaN层,提高Al的掺杂效率及提高该层的结晶质量,以达到电子阻挡效果,又通过高压低温生长p-InGaN层,提高In的并入效率。通过AlGaN/InGaN异质结层,形成极化效应,可以有效地阻挡电子进入非辐射复合区域,同时使得空穴更好地横向扩展,既起到电子阻挡效果,又有助于空穴注入水平的增加,从而提高LED的发光效率。
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 (9)
1.一种LED外延生长方法,其特征在于,依次包括:处理衬底、生长低温GaN成核层、生长高温缓冲层GaN、生长非掺杂u-GaN层、生长掺杂Si的n-GaN层、生长发光层、生长高温p型GaN层、生长p型GaN接触层、降温冷却,
在所述生长发光层之后、生长高温p型GaN层之前,还包括:生长i-AlGaN层和p-InGaN层的交替生长结构,其中,所述i-AlGaN层在低压高温环境下生长,所述p-InGaN层在高压低温环境下生长;
所述生长i-AlGaN层和p-InGaN层的交替生长结构,具体为:
在反应腔中通入MO源,所述MO源为TMAl、TMGa、TMIn和CP2Mg,
保持反应腔压力20Torr-200Torr、保持生长温度900℃-1100℃,单层生长厚度为1nm-10nm的i-AlGaN层,其中,Al的摩尔组分为10%-30%;
保持反应腔压力200Torr-1000Torr、保持生长温度750℃-900℃,单层生长厚度为1nm-10nm的p-InGaN层,其中,In的摩尔组分为2%-20%,Mg掺杂浓度为1018cm-3-1021cm-3;
周期性生长所述i-AlGaN层和所述p-InGaN层,生长周期为2-50,
生长所述i-AlGaN层和生长所述p-InGaN层的顺序可互换。
2.根据权利要求1所述LED外延生长方法,其特征在于,
所述生长低温GaN成核层,具体为:将温度下降到500℃-620℃,通入NH3和TMGa,保持反应腔压力400Torr-650Torr,生长厚度为20nm-40nm的低温GaN成核层。
3.根据权利要求1所述LED外延生长方法,其特征在于,
所述生长高温缓冲层GaN,具体为:
低温GaN成核层生长结束后,停止通入TMGa,进行原位退火处理,退火温度升高至1000℃-1100℃,退火时间为5min-10min;
退火之后,将温度调节至900℃-1050℃,保持反应腔压力400Torr-650Torr,继续通入TMGa,外延生长厚度为0.2μm-1μm的高温缓冲层GaN。
4.根据权利要求1所述LED外延生长方法,其特征在于,
所述生长非掺杂u-GaN层,具体为:
高温缓冲层GaN生长结束后,通入NH3和TMGa,保持温度为1050℃-1200℃,保持反应腔压力100Torr-500Torr,生长厚度为1μm-3μm的非掺杂u-GaN层。
5.根据权利要求1所述LED外延生长方法,其特征在于,
所述生长掺杂Si的N型GaN层,具体为:
高温非掺杂u-GaN层生长结束后,通入NH3、TMGa和SiH4,生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层,厚度为2μm-4μm,生长温度为1050℃-1200℃,生长压力为100Torr-600Torr,Si掺杂浓度为8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3。
6.根据权利要求1所述LED外延生长方法,其特征在于,
所述生长发光层,具体为:
掺杂Si的n-GaN层生长结束后,通入TEGa、TMIn和SiH4作为MO源,生长5-15个周期的InyGa1-y/GaN阱垒结构,其中,
量子阱InyGa1-y(y=0.1-0.3)层的厚度为2nm-5nm,生长温度为700℃-800℃,生长压力为100Torr-500Torr,
垒层GaN的厚度为8nm-15nm,生长温度为800℃-950℃,生长压力为100Torr-500Torr,垒层中Si的掺杂浓度为8E16atoms/cm3-6E17atoms/cm3。
7.根据权利要求1所述LED外延生长方法,其特征在于,
所述生长高温p型GaN层,具体为:
保持反应腔压力100Torr-500Torr、生长温度850℃-1000℃,通入TMGa和Cp2Mg作为MO源,持续生长厚度为100nm-800nm的p型AlGaN层,其中,Mg掺杂浓度1E18atoms/cm3-1E21atoms/cm3。
8.根据权利要求1所述LED外延生长方法,其特征在于,
所述生长p型GaN接触层,具体为:
保持反应腔压力100Torr-500Torr、生长温度850℃-1050℃,通入TEGa和Cp2Mg作为MO源,持续生长5nm-20nm的p型GaN接触层,Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E22atoms/cm3。
9.根据权利要求1所述LED外延生长方法,其特征在于,
所述降温冷却,具体为:
将反应室的温度降至650℃-800℃,采用纯N2氛围进行退火处理5min-10min,然后降至室温,结束生长。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610834416.2A CN106129198B (zh) | 2016-09-20 | 2016-09-20 | Led外延生长方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610834416.2A CN106129198B (zh) | 2016-09-20 | 2016-09-20 | Led外延生长方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106129198A CN106129198A (zh) | 2016-11-16 |
CN106129198B true CN106129198B (zh) | 2018-10-02 |
Family
ID=57271774
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610834416.2A Active CN106129198B (zh) | 2016-09-20 | 2016-09-20 | Led外延生长方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106129198B (zh) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107275448A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-10-20 | 华灿光电股份有限公司 | 一种发光二极管的外延片及制备方法 |
CN107134514B (zh) * | 2017-05-10 | 2019-09-10 | 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 |
CN107731970A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-02-23 | 江门市奥伦德光电有限公司 | 一种具有电流阻挡层的led外延结构的制作方法 |
CN108574026B (zh) * | 2018-04-17 | 2019-08-06 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延电子阻挡层生长方法 |
CN109659407B (zh) * | 2018-10-31 | 2020-04-07 | 华灿光电(苏州)有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
CN110739374B (zh) * | 2019-10-25 | 2021-01-26 | 圆融光电科技股份有限公司 | 一种发光二极管中电子阻挡层的生长方法和发光二极管 |
CN116154066B (zh) * | 2023-04-19 | 2023-06-23 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103972335A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-06 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Led外延层结构及具有该结构的led芯片 |
CN104134730A (zh) * | 2014-08-19 | 2014-11-05 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Mg掺杂电子阻挡层的外延片,生长方法及LED结构 |
CN205264741U (zh) * | 2015-12-26 | 2016-05-25 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | GaN基LED外延片 |
CN105932130A (zh) * | 2016-04-25 | 2016-09-07 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 一种具有新型电子阻挡层的近紫外led及其制备方法 |
-
2016
- 2016-09-20 CN CN201610834416.2A patent/CN106129198B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103972335A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-06 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Led外延层结构及具有该结构的led芯片 |
CN104134730A (zh) * | 2014-08-19 | 2014-11-05 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Mg掺杂电子阻挡层的外延片,生长方法及LED结构 |
CN205264741U (zh) * | 2015-12-26 | 2016-05-25 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | GaN基LED外延片 |
CN105932130A (zh) * | 2016-04-25 | 2016-09-07 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 一种具有新型电子阻挡层的近紫外led及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106129198A (zh) | 2016-11-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106129198B (zh) | Led外延生长方法 | |
CN105932118B (zh) | 提高空穴注入的led外延生长方法 | |
CN106098870B (zh) | Led外延接触层生长方法 | |
CN108091741B (zh) | 一种发光二极管外延片的生长方法 | |
CN106531855A (zh) | 一种led外延结构及其生长方法 | |
CN105895753B (zh) | 提高led发光效率的外延生长方法 | |
CN106328494A (zh) | 提高光效的led外延生长方法 | |
CN103824908A (zh) | 一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法 | |
CN107946416B (zh) | 一种提高发光效率的led外延生长方法 | |
CN106328780B (zh) | 基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法 | |
CN107507891B (zh) | 提高内量子效率的led外延生长方法 | |
CN114284406A (zh) | 一种氮化物发光二极管的制备方法 | |
CN106206884B (zh) | Led外延p层生长方法 | |
CN106374021A (zh) | 基于蓝宝石图形化衬底的led外延生长方法 | |
CN108574026B (zh) | 一种led外延电子阻挡层生长方法 | |
CN106684218A (zh) | 一种提升发光效率的led外延生长方法 | |
CN106711298B (zh) | 一种发光二极管外延生长方法及发光二极管 | |
CN107068817B (zh) | Led外延生长方法 | |
CN107134517B (zh) | 一种led外延生长方法 | |
CN107482095B (zh) | 一种led外延生长方法 | |
CN109830578A (zh) | 一种led外延结构的生长方法 | |
CN105870269B (zh) | 提高空穴注入的发光二极管外延生长方法 | |
CN104966767B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法 | |
CN106848022B (zh) | 一种led外延结构及其生长方法 | |
CN106784230B (zh) | Led外延生长方法 |
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 |