CN106206884B - Led外延p层生长方法 - Google Patents

Led外延p层生长方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106206884B
CN106206884B CN201610850026.4A CN201610850026A CN106206884B CN 106206884 B CN106206884 B CN 106206884B CN 201610850026 A CN201610850026 A CN 201610850026A CN 106206884 B CN106206884 B CN 106206884B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layers
growth
layer
temperature
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
Application number
CN201610850026.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106206884A (zh
Inventor
张宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiangneng Hualei Optoelectrical Co Ltd
Original Assignee
Xiangneng Hualei Optoelectrical Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiangneng Hualei Optoelectrical Co Ltd filed Critical Xiangneng Hualei Optoelectrical Co Ltd
Priority to CN201610850026.4A priority Critical patent/CN106206884B/zh
Publication of CN106206884A publication Critical patent/CN106206884A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106206884B publication Critical patent/CN106206884B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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

Abstract

本申请公开了一种LED外延P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、生长发光层、生长P型AlGaN层、生长Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层、降温冷却。如此方案，将P层设计为Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层，使得整个p层Mg的激活效率大幅度提升，随之空穴浓度提升，改变以往传统p层低Mg掺杂效率、低空穴浓度的状况，使得使得LED的电压降低，亮度得到明显提升，抗静电良率也得到提高。

Description

LED外延P层生长方法
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P层生长方法。
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。
传统的LED外延P层设计方法空穴浓度不高，因此，LED亮度的提升一直受到限制。
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P层生长方法，将P层设计为Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层，可以大幅度提升Mg的掺杂效率和激活效率，使得空穴浓度得到提升，随之LED的亮度得到进一步提升，更好地满足市场的需求。
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P层生长方法，其特征在于，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、生长发光层、生长P型AlGaN层、生长Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层、降温冷却，
所述生长Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层为：
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg、10sccm-30sccm的SiH4，生长Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层，具体为：
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg、10sccm-30sccm的SiH4，生长厚度为2nm-10nm的Si3N2层；
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，生长厚度为2nm-10nm的Mg2N3层；
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，生长厚度为2nm-10nm的pGaN层，其中，Mg的掺杂浓度为1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3；
重复周期性生长所述Si3N2层、所述Mg2N3层和所述pGaN层，周期数为10-20，其中，所述Si3N2层、所述Mg2N3层和所述pGaN层的生长顺序可以任意调换。
优选地，其中：
所述处理衬底，具体为：在1000℃-1100℃的H2气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底8min-10min。
优选地，其中：
所述生长低温缓冲层，具体为：
降低温度至500℃-600℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为10000sccm-20000sccm NH3、50sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-40nm的低温缓冲层GaN；
升高温度至1000℃-1100℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm NH3以及100L/min-130L/min的H2，保持温度稳定，将所述低温缓冲层GaN进行退火处理300s-500s。优选地，其中：
优选地，其中：
所述生长不掺杂GaN层，具体为：
升高温度到1000℃-1200℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2，持续生长厚度为2μm-4μm的不掺杂GaN层。
优选地，其中：
所述生长掺杂Si的N型GaN层，具体为：
保持反应腔温度为1000℃-1200℃，保持反应腔压力为300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、20sccm-50sccm的SiH4，持续生长3μm-4μm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3；
保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、2sccm-10sccm的SiH4，持续生长200nm-400nm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E18atoms/cm3-1E19atoms/cm3。
优选地，其中：
所述生长发光层，具体为：
保持反应腔压力300mbar-400mbar、温度700℃-750℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-40sccm的TMGa、1500sccm-2000sccm的TMIn、100L/min-130L/min的N2，生长掺杂In的厚度为2.5nm-3.5nm的InxGa(1-x)N层，x＝0.20-0.25，发光波长450nm-455nm；
接着升高温度至750℃-850℃，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的N2，生长8nm-15nm的GaN层；
重复InxGa(1-x)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为7-15个。
优选地，其中：
所述生长P型AlGaN层，具体为：
保持反应腔压力200mbar-400mbar、温度900℃-950℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、30sccm-60sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、100sccm-130sccm的TMAl、1000sccm-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
优选地，其中：
所述降温冷却，具体为：
降温至650℃-680℃，保温20min-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
与现有技术相比，本申请所述的方法，达到了如下效果：
第一、本发明LED外延P层生长方法，与传统方法相比，采用新的材料Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层作为新的P层，超晶格单元内较高浓度掺杂的pGaN种的Mg会向Si3N2材料和Mg2N3材料扩散，利用Si的原子活性减少Mg的激活能使得扩散到Si3N2材料中的Mg以大于90％的效率激活，电离形成空穴，Mg2N3的浓度远大于pGaN，Mg2N3材料能较大幅度超过pGaN提高有效的Mg扩散至Si3N2材料，导致Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层Mg的电离率大大超过原来的pGaN材料，综合效果就是整个p层Mg的激活效率大幅度提升，随之空穴浓度提升，改变以往传统p层低Mg掺杂效率、低空穴浓度的状况。
第二、本发明LED外延P层生长方法中，Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层的运用，使得LED的电压降低，亮度得到明显提升，抗静电良率也得到提高，各方面性能能够得到提升。
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P层生长方法的流程图；
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；
其中，1、基板，2、低温缓冲层GaN，3、U型GaN层，4、N型GaN层，5、发光层，5.1、InxGa(1-x)N层，5.2、GaN层，6、P型AlGaN层，7、超晶格层，7.1、Si3N2层，7.2、Mg2N3层，7.3、pGaN层，8、高温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。
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)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70mbar到900mbar之间。具体生长方式如下：
一种LED外延P层生长方法，参见图1，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、生长发光层、生长P型AlGaN层、生长Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层、降温冷却，
所述生长Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层为：
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg、10sccm-30sccm的SiH4，生长Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层，具体为：
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg、10sccm-30sccm的SiH4，生长厚度为2nm-10nm的Si3N2层；
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，生长厚度为2nm-10nm的Mg2N3层；
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，生长厚度为2nm-10nm的pGaN层，其中，Mg的掺杂浓度为1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3；
重复周期性生长所述Si3N2层、所述Mg2N3层和所述pGaN层，周期数为10-20，其中，所述Si3N2层、所述Mg2N3层和所述pGaN层的生长顺序可以任意调换。
本发明上述LED外延P层生长方法，与传统方法相比，采用新的材料Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层作为新的P层，超晶格单元内较高浓度掺杂的pGaN种的Mg会向Si3N2材料和Mg2N3材料扩散，利用Si的原子活性减少Mg的激活能使得扩散到Si3N2材料中的Mg以大于90％的效率激活，电离形成空穴，Mg2N3的浓度远大于pGaN，Mg2N3材料能较大幅度超过pGaN提高有效的Mg扩散至Si3N2材料，导致Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层Mg的电离率大大超过原来的pGaN材料，综合效果就是整个p层Mg的激活效率大幅度提升，随之空穴浓度提升，改变以往传统p层低Mg掺杂效率、低空穴浓度的状况。
实施例2
以下提供本发明的LED外延P层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。具体生长方式如下：
步骤101、处理衬底：
在1000℃-1100℃的H2气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底8min-10min。
步骤102、生长低温缓冲层：
降低温度至500℃-600℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为10000sccm-20000sccm NH3、50sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-40nm的低温缓冲层GaN；
升高温度至1000℃-1100℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm NH3以及100L/min-130L/min的H2，保持温度稳定，将所述低温缓冲层GaN进行退火处理300s-500s。在实际生产过程中，可将低温缓冲层GaN退火处理的时间设定为400s。
步骤103、生长不掺杂GaN层：
升高温度到1000℃-1200℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、持续生长2μm-4μm的不掺杂GaN层。
步骤104、生长掺杂Si的N型GaN层：
保持反应腔温度为1000℃-1200℃，保持反应腔压力为300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、20sccm-50sccm的SiH4，持续生长3μm-4μm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3；
保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、2sccm-10sccm的SiH4，持续生长200nm-400nm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E18atoms/cm3-1E19atoms/cm3。
本申请中，5E18代表5乘以10的18次方也就是5*1018，以此类推，atoms/cm3为掺杂浓度单位，下同。
步骤105、生长发光层：
保持反应腔压力300mbar-400mbar、温度700℃-750℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-40sccm的TMGa、1500sccm-2000sccm的TMIn、100L/min-130L/min的N2，生长掺杂In的厚度为2.5nm-3.5nm的InxGa(1-x)N层，x＝0.20-0.25，发光波长450nm-455nm；
接着升高温度至750℃-850℃，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的N2，生长8nm-15nm的GaN层；
重复InxGa(1-x)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为7-15个。
步骤106、生长P型AlGaN层：
保持反应腔压力200mbar-400mbar、温度900℃-950℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、30sccm-60sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、100sccm-130sccm的TMAl、1000sccm-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
步骤107、生长Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层：
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg、10sccm-30sccm的SiH4，生长Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层，具体为：
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg、10sccm-30sccm的SiH4，生长厚度为2nm-10nm的Si3N2层；
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，生长厚度为2nm-10nm的Mg2N3层；
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，生长厚度为2nm-10nm的pGaN层，其中，Mg的掺杂浓度为1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3；
重复周期性生长所述Si3N2层、所述Mg2N3层和所述pGaN层，周期数为10-20，其中，所述Si3N2层、所述Mg2N3层和所述pGaN层的生长顺序可以任意调换。
步骤108、降温冷却：
降温至650℃-680℃，保温20min-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
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、在1000℃-1100℃的H2气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底8min-10min。
2.1、降低温度至500℃-600℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为10000sccm-20000sccm NH3、50sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-40nm的低温缓冲层GaN。
2.2、升高温度至1000℃-1100℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm NH3以及100L/min-130L/min的H2，保持温度稳定，将所述低温缓冲层GaN进行退火处理300s-500s。在实际生产过程中，可将低温缓冲层GaN退火处理的时间设定为400s。
3、升高温度到1000℃-1200℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2，持续生长厚度为2μm-4μm的不掺杂GaN层。
4.1、保持反应腔温度为1000℃-1200℃，保持反应腔压力为300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、20sccm-50sccm的SiH4，持续生长3μm-4μm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3；
4.2、保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、2sccm-10sccm的SiH4，持续生长200nm-400nm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E18atoms/cm3-1E19atoms/cm3。
本发明中sccm为标准毫升每分钟。
5、保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、2sccm-10sccm的SiH4，持续生长200nm-400nm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E17atoms/cm3-1E18atoms/cm3。
6、保持反应腔压力300mbar-400mbar、温度700℃-750℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-40sccm的TMGa、1500sccm-2000sccm的TMIn、100L/min-130L/min的N2，生长掺杂In的厚度为2.5nm-3.5nm的InxGa(1-x)N层，x＝0.20-0.25，发光波长450nm-455nm；
接着升高温度至750℃-850℃，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的N2，生长8nm-15nm的GaN层；
重复InxGa(1-x)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为7-15个。
7、保持反应腔压力200mbar-400mbar、温度900℃-950℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、30sccm-60sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、100sccm-130sccm的TMAl、1000sccm-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
8、保持反应腔压力400mbar-900mbar、温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-200nm的掺Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
9、降温至650℃-680℃，保温20min-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
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P层的不同，本申请的P层为Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层(实施例2中的步骤107)，常规中的P层为p型GaN层(对比实施例中的第8步)，生长其它外延层的生长条件完全一样。
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。
表1为样品1和样品2的生长参数对比表，表2为样品1和样品2的电性参数对比表。
表1样品1和样品2生长参数对比表
表2样品1和样品2产品电性参数的比较
通过表2的数据对比可看出，样品2与样品1相比，亮度从550.01mw提高到了610.12mw，电压从3.16V降低到3.01V，抗静电良率从90.78％提高到91.05％。因此可得出以下结论：
通过本专利提供的生长方法制作的LED，电压下降，光效提升，亮度明显提高，抗静电良率提高，也就是说本专利提供的生长方法制作的LED外延晶体质量变好，各项LED电性参数变好。实验数据证明了本专利的方案能显著提升LED产品质量的可行性。
通过以上各实施例可知，本申请存在的有益效果是：
第一、本发明LED外延P层生长方法，与传统方法相比，采用新的材料Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层作为新的P层，超晶格单元内较高浓度掺杂的pGaN种的Mg会向Si3N2材料和Mg2N3材料扩散，利用Si的原子活性减少Mg的激活能使得扩散到Si3N2材料中的Mg以大于90％的效率激活，电离形成空穴，Mg2N3的浓度远大于pGaN，Mg2N3材料能较大幅度超过pGaN提高有效的Mg扩散至Si3N2材料，导致Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层Mg的电离率大大超过原来的pGaN材料，综合效果就是整个p层Mg的激活效率大幅度提升，随之空穴浓度提升，改变以往传统p层低Mg掺杂效率、低空穴浓度的状况。
第二、本发明LED外延P层生长方法中，Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层的运用，使得LED的电压降低，亮度得到明显提升，抗静电良率也得到提高，各方面性能能够得到提升。
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LED外延P层生长方法，其特征在于，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、生长发光层、生长P型AlGaN层、生长Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层、降温冷却，
所述生长Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层为：
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg、10sccm-30sccm的SiH4，生长Si3N2/Mg2N3/pGaN超晶格层，具体为：
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg、10sccm-30sccm的SiH4，生长厚度为2nm-10nm的Si3N2层；
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，生长厚度为2nm-10nm的Mg2N3层；
保持反应腔压力400mbar-900mbar、保持温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，生长厚度为2nm-10nm的pGaN层，其中，Mg的掺杂浓度为1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3；
重复周期性生长所述Si3N2层、所述Mg2N3层和所述pGaN层，周期数为10-20，其中，所述Si3N2层、所述Mg2N3层和所述pGaN层的生长顺序可以任意调换。
2.根据权利要求1所述LED外延P层生长方法，其特征在于，
所述处理衬底，具体为：在1000℃-1100℃的H2气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底8min-10min。
3.根据权利要求1所述LED外延P层生长方法，其特征在于，
所述生长低温缓冲层，具体为：
降低温度至500℃-600℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为10000sccm-20000sccm NH3、50sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-40nm的低温缓冲层GaN；
升高温度至1000℃-1100℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm NH3以及100L/min-130L/min的H2，保持温度稳定，将所述低温缓冲层GaN进行退火处理300s-500s。
4.根据权利要求1所述LED外延P层生长方法，其特征在于，
所述生长不掺杂GaN层，具体为：
升高温度到1000℃-1200℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2，持续生长厚度为2μm-4μm的不掺杂GaN层。
5.根据权利要求1所述LED外延P层生长方法，其特征在于，
所述生长掺杂Si的N型GaN层，具体为：
保持反应腔温度为1000℃-1200℃，保持反应腔压力为300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、20sccm-50sccm的SiH4，持续生长3μm-4μm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3；
保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、2sccm-10sccm的SiH4，持续生长200nm-400nm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E18atoms/cm3-1E19atoms/cm3。
6.根据权利要求1所述LED外延P层生长方法，其特征在于，
所述生长发光层，具体为：
保持反应腔压力300mbar-400mbar、温度700℃-750℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-40sccm的TMGa、1500sccm-2000sccm的TMIn、100L/min-130L/min的N2，生长掺杂In的厚度为2.5nm-3.5nm的InxGa(1-x)N层，x＝0.20-0.25，发光波长450nm-455nm；
接着升高温度至750℃-850℃，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的N2，生长8nm-15nm的GaN层；
重复InxGa(1-x)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为7-15个。
7.根据权利要求1所述LED外延P层生长方法，其特征在于，
所述生长P型AlGaN层，具体为：
保持反应腔压力200mbar-400mbar、温度900℃-950℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、30sccm-60sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、100sccm-130sccm的TMAl、1000sccm-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
8.根据权利要求1所述LED外延P层生长方法，其特征在于，
所述降温冷却，具体为：
降温至650℃-680℃，保温20min-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
CN201610850026.4A 2016-09-26 2016-09-26 Led外延p层生长方法 Active CN106206884B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610850026.4A CN106206884B (zh) 2016-09-26 2016-09-26 Led外延p层生长方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610850026.4A CN106206884B (zh) 2016-09-26 2016-09-26 Led外延p层生长方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106206884A CN106206884A (zh) 2016-12-07
CN106206884B true CN106206884B (zh) 2018-10-12

Family

ID=57520698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610850026.4A Active CN106206884B (zh) 2016-09-26 2016-09-26 Led外延p层生长方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106206884B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107799636B (zh) * 2017-10-27 2019-06-21 厦门乾照光电股份有限公司 一种紫外led及其制作方法
CN109950369B (zh) * 2019-03-22 2021-06-25 湘能华磊光电股份有限公司 一种led外延p层生长方法
CN111628056B (zh) * 2020-06-05 2023-03-21 湘能华磊光电股份有限公司 一种提升晶体质量的led多量子阱层生长方法
CN113594317B (zh) * 2021-06-11 2022-06-14 华灿光电(苏州）有限公司 降低工作电压的紫外发光二极管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
CN102047454A (zh) * 2008-04-16 2011-05-04 Lg伊诺特有限公司 发光器件及其制造方法
CN105355738A (zh) * 2015-11-30 2016-02-24 天津三安光电有限公司 一种发光二极管外延片结构及制备方法
CN105742419A (zh) * 2016-04-08 2016-07-06 湘能华磊光电股份有限公司 一种led外延新p层生长方法
CN106415854A (zh) * 2014-05-27 2017-02-15 希拉纳集团有限公司 包括n型和p型超晶格的电子装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102047454A (zh) * 2008-04-16 2011-05-04 Lg伊诺特有限公司 发光器件及其制造方法
CN106415854A (zh) * 2014-05-27 2017-02-15 希拉纳集团有限公司 包括n型和p型超晶格的电子装置
CN105355738A (zh) * 2015-11-30 2016-02-24 天津三安光电有限公司 一种发光二极管外延片结构及制备方法
CN105742419A (zh) * 2016-04-08 2016-07-06 湘能华磊光电股份有限公司 一种led外延新p层生长方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106206884A (zh) 2016-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105932118B (zh) 提高空穴注入的led外延生长方法
CN105869999B (zh) Led外延生长方法
CN106129198B (zh) Led外延生长方法
CN106206884B (zh) Led外延p层生长方法
CN106531855B (zh) 一种led外延结构及其生长方法
CN105789388B (zh) 提高外延晶体质量的led生长方法
CN106409999B (zh) 一种led外延超晶格生长方法
CN105870270B (zh) Led外延超晶格生长方法
CN106098870A (zh) Led外延接触层生长方法
CN105355735B (zh) 一种降低led接触电阻的外延生长方法
CN106129199A (zh) 降低接触电阻的led外延生长方法
CN105895753B (zh) 提高led发光效率的外延生长方法
CN106410000B (zh) 一种led外延层生长方法
CN107507891B (zh) 提高内量子效率的led外延生长方法
CN106328494A (zh) 提高光效的led外延生长方法
CN106299062B (zh) 电流扩展层的外延生长方法
CN107134517B (zh) 一种led外延生长方法
CN107068817B (zh) Led外延生长方法
CN109830578A (zh) 一种led外延结构的生长方法
CN106206882B (zh) 提高抗静电能力的led生长方法
CN105845788B (zh) 一种led电流扩展层外延生长方法
CN106784230B (zh) Led外延生长方法
CN105742419A (zh) 一种led外延新p层生长方法
CN106711298A (zh) 一种发光二极管外延生长方法及发光二极管
CN106848022B (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