CN106784230A - Led外延生长方法 - Google Patents
Led外延生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106784230A CN106784230A CN201710029549.7A CN201710029549A CN106784230A CN 106784230 A CN106784230 A CN 106784230A CN 201710029549 A CN201710029549 A CN 201710029549A CN 106784230 A CN106784230 A CN 106784230A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- growth
- layer
- temperature
- gan
- type gan
- 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.)
- Granted
Links
- 230000012010 growth Effects 0.000 title claims abstract description 157
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 35
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 17
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 claims description 14
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 8
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 8
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 4
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 4
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 33
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 8
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 7
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 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
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-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
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 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
- 230000007773 growth pattern Effects 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
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 230000003712 anti-aging effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012536 packaging technology Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 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
- H01L33/02—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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/02543—Phosphides
-
- 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
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Led Devices (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、生长低温成核层GaN、生长高温GaN缓冲层、生长非掺杂u‑GaN层、生长掺杂Si的n‑GaN层、生长发光层、生长P型AlGaN层、生长分段式P型GaN层、生长P型GaN接触层、降温冷却。所述生长分段式P型GaN层为：分别生长低温型P型GaN层、中温型P型GaN层和高温型P型GaN层，其中，每层的生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3。如此方案，有利于提高整个量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，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。
目前，LED市场上现在要求LED芯片驱动电压低，特别是大电流下驱动电压越小越好、光效越高越好；LED市场价值的体现为(光效)/单价，光效越好，价格越高，所以LED高光效一直是LED厂家和院校LED研究所所追求的目标。高光效意味着光功率高、驱动电压低，但光功率一定程度上受到P层空穴浓度的限制，驱动电压一定程度上受到P层空穴迁移率的限制，注入的空穴浓度增加，发光层空穴和电子的复合效率增加，高光功率增加，P层空穴迁移率增加驱动电压才能降低。
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P型GaN层，设计为低温中温高温三层分段式结构P型GaN层，目的是在最靠近量子阱的区域，先通过低温生长，提供较多空穴进入量子阱区域，接着中温生长，提高空穴迁移率，最后通过高温生长，提高材料结晶质量，修补低温生长的缺陷，从而提高整个量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，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、生长低温成核层GaN、生长高温GaN缓冲层、生长非掺杂u-GaN层、生长掺杂Si的n-GaN层、生长发光层、生长P型AlGaN层、生长分段式P型GaN层、生长P型GaN接触层、降温冷却，
所述生长分段式P型GaN层为：
保持生长温度为700℃至800℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第一P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；
升高温度至800℃至900℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第二P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；
升高温度至900℃至1000℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第三P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；
其中，生长所述第一P型GaN层、生长所述第二P型GaN层和生长所述第三P型GaN层通入的MO源为TMGa和CP2Mg。
优选地，其中：
所述处理衬底，具体为：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℃至1150℃。
优选地，其中：
所述生长低温成核层GaN和生长高温GaN缓冲层，具体为：
降低温度至500℃至620℃，保持反应腔压力400Torr至650Torr，通入NH3和TMGa，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm至40nm的低温成核层GaN；
停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000℃至1100℃，退火时间为5min至10min；
退火之后，将温度调节至900℃至1050℃，继续通入TMGa，外延生长厚度为0.2μm至1μm的高温GaN缓冲层，生长压力控制在400Torr-650Torr。
优选地，其中：
所述生长非掺杂u-GaN层，具体为：
升高温度到1050℃至1200℃，保持反应腔压力100Torr-500Torr，通入NH3和TMGa，持续生长厚度为1μm至3μm的非掺杂u-GaN层。
优选地，其中：
所述生长掺杂Si的n-GaN层，具体为：
保持反应腔温度为1050℃至1200℃，保持反应腔压力为100Torr-600Torr，通入NH3、TMGa和SiH4，持续生长一层掺杂浓度稳定的、厚度为2μm至4μm掺杂Si的n-GaN层，其中，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：
保持反应腔压力100Torr至500Torr、温度700℃至800℃，所用MO源为TEGa、TMIn和SiH4，生长掺杂In的厚度为2nm至5nm的量子阱层InyGa(1-y)N，y＝0.1至0.3；
接着升高温度至800℃至950℃，保持反应腔压力100Torr至500Torr，所用MO源为TEGa、TMIn和SiH4，生长厚度为8nm至15nm的垒层GaN，垒层GaN进行Si掺杂，Si掺杂浓度为8E16atoms/cm3至6E17atoms/cm3；
重复InyGa(1-y)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InyGa(1-y)N/GaN发光层，控制周期数为5至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20Torr至200Torr、温度900℃至1100℃，通入MO源为TMAl、TMGa和CP2Mg，持续生长厚度为50nm至200nm的P型AlGaN层，生长时间为3min至10min，Al的摩尔组分为10％至30％，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至500Torr、温度850℃至1050℃，通入MO源为TEGa和CP2Mg，持续生长厚度为5nm至20nm的掺杂Mg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：
外延生长结束后，将反应时的温度降至650℃至800℃，采用纯氮气氛围进行退火处理5min至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：
第一、本发明LED外延生长方法，与传统方法相比，把传统的P型GaN层，设计为低温中温高温三层分段式结构P型GaN层，目的是在最靠近量子阱的区域，先通过低温生长，提供较多空穴进入量子阱区域，接着中温生长，提高空穴迁移率，最后通过高温生长，提高材料结晶质量，修补低温生长的缺陷，从而提高整个量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，提高LED的发光效率。
第二、本发明LED外延生长方法，有利于提高大尺寸芯片的亮度，并降低了驱动电压。
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为采用发明方法制作的样品和采用传统方法制作的样品的芯片亮度分布图；
图5为采用发明方法制作的样品和采用传统方法制作的样品的芯片颗粒分布图；
其中，1、基板，2、缓冲层GaN，3、u-GaN层，4、n-GaN层，5、发光层，6、P型AlGaN层，7、分段式P型GaN层，7.1、低温P型GaN层，7.2、中温P型GaN层，7.3、高温P型GaN层，8、P型GaN接触层；9、传统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(NH3纯度99.999％)为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)和金属有机缘三乙基镓(TEGa)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、生长低温成核层GaN、生长高温GaN缓冲层、生长非掺杂u-GaN层、生长掺杂Si的n-GaN层、生长发光层、生长P型AlGaN层、生长分段式P型GaN层、生长P型GaN接触层、降温冷却，
所述生长生长分段式P型GaN层为：
保持生长温度为700℃至800℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第一P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；
升高温度至800℃至900℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第二P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；
升高温度至900℃至1000℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第三P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；
其中，生长所述第一P型GaN层、生长所述第二P型GaN层和生长所述第三P型GaN层通入的MO源为TMGa和CP2Mg。
本发明上述LED外延生长方法，与传统方法相比，与传统方法相比，把传统的P型GaN层，设计为低温中温高温三层分段式结构P型GaN层，目的是在最靠近量子阱的区域，先通过低温生长，提供较多空穴进入量子阱区域，接着中温生长，提高空穴迁移率，最后通过高温生长，提高材料结晶质量，修补低温生长的缺陷，从而提高整个量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，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(NH3纯度99.999％)为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)和金属有机缘三乙基镓(TEGa)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100Torr到1000Torr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℃至1150℃。
步骤102、生长低温成核层GaN：
降低温度至500℃至620℃，保持反应腔压力400Torr至650Torr，通入NH3和TMGa，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm至40nm的低温成核层GaN。
步骤103，生长高温GaN缓冲层：
停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000℃至1100℃，退火时间为5min至10min；
退火之后，将温度调节至900℃至1050℃，继续通入TMGa，外延生长厚度为0.2μm至1μm的高温GaN缓冲层，生长压力控制在400Torr-650Torr。
步骤104、生长非掺杂u-GaN层：
升高温度到1050℃至1200℃，保持反应腔压力100Torr-500Torr，通入NH3和TMGa，持续生长厚度为1μm至3μm的非掺杂u-GaN层。
步骤105、生长掺杂Si的n-GaN层：
保持反应腔温度为1050℃至1200℃，保持反应腔压力为100Torr-600Torr，通入NH3、TMGa和SiH4，持续生长一层掺杂浓度稳定的、厚度为2μm至4μm掺杂Si的n-GaN层，其中，Si掺杂浓度为8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3。
本申请中，8E18代表8乘以10的18次方也就是8*1018，以此类推，atoms/cm3为掺杂浓度单位，下同。
步骤106、生长发光层：
保持反应腔压力100Torr至500Torr、温度700℃至800℃，所用MO源为TEGa、TMIn和SiH4，生长掺杂In的厚度为2nm至5nm的量子阱层InyGa(1-y)N，y＝0.1至0.3；
接着升高温度至800℃至950℃，保持反应腔压力100Torr至500Torr，所用MO源为TEGa、TMIn和SiH4，生长厚度为8nm至15nm的垒层GaN，垒层GaN进行Si掺杂，Si掺杂浓度为8E16atoms/cm3至6E17atoms/cm3；
重复InyGa(1-y)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InyGa(1-y)N/GaN发光层，控制周期数为5至15个。
步骤107、生长P型AlGaN层：
保持反应腔压力20Torr至200Torr、温度900℃至1100℃，通入MO源为TMAl、TMGa和CP2Mg，持续生长厚度为50nm至200nm的P型AlGaN层，生长时间为3min至10min，Al的摩尔组分为10％至30％，Mg掺杂浓度1E18atoms/cm3-1E21atoms/cm3。
步骤108、生长分段式P型GaN层：
保持生长温度为700℃至800℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第一P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；
升高温度至800℃至900℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第二P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；
升高温度至900℃至1000℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第三P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；
其中，生长所述第一P型GaN层、生长所述第二P型GaN层和生长所述第三P型GaN层通入的MO源为TMGa和CP2Mg。
步骤109、生长P型GaN接触层：
保持反应腔压力100Torr至500Torr、温度850℃至1050℃，通入MO源为TEGa和CP2Mg，持续生长厚度为5nm至20nm的掺杂Mg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，将反应时的温度降至650℃至800℃，采用纯氮气氛围进行退火处理5min至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℃至1150℃。
2、降低温度至500℃至620℃，保持反应腔压力400Torr至650Torr，通入NH3和TMGa，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm至40nm的低温成核层GaN。
3、停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000℃至1100℃，退火时间为5min至10min；退火之后，将温度调节至900℃至1050℃，继续通入TMGa，外延生长厚度为0.2μm至1μm的高温GaN缓冲层，生长压力控制在400Torr-650Torr。
4、保升高温度到1050℃至1200℃，保持反应腔压力100Torr-500Torr，通入NH3和TMGa，持续生长厚度为1μm至3μm的非掺杂u-GaN层。
5、保持反应腔温度为1050℃至1200℃，保持反应腔压力为100Torr-600Torr，通入NH3、TMGa和SiH4，持续生长一层掺杂浓度稳定的、厚度为2μm至4μm掺杂Si的n-GaN层，其中，Si掺杂浓度为8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3。
6、保持反应腔压力100Torr至500Torr、温度700℃至800℃，所用MO源为TEGa、TMIn和SiH4，生长掺杂In的厚度为2nm至5nm的量子阱层InyGa(1-y)N，y＝0.1至0.3；
接着升高温度至800℃至950℃，保持反应腔压力100Torr至500Torr，所用MO源为TEGa、TMIn和SiH4，生长厚度为8nm至15nm的垒层GaN，垒层GaN进行Si掺杂，Si掺杂浓度为8E16atoms/cm3至6E17atoms/cm3；
重复InyGa(1-y)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InyGa(1-y)N/GaN发光层，控制周期数为5至15个。
7、保持反应腔压力20Torr至200Torr、温度900℃至1100℃，通入MO源为TMAl、TMGa和CP2Mg，持续生长厚度为50nm至200nm的P型AlGaN层，生长时间为3min至10min，Al的摩尔组分为10％至30％，Mg掺杂浓度1E18atoms/cm3-1E21atoms/cm3。
8、保持反应腔压力100Torr至500Torr、温度850℃至1000℃，通入MO源为TMGa和Cp2Mg，持续生长厚度为100nm至800nm的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E18atoms/cm3-1E21atoms/cm3。
9、保持反应腔压力100Torr至500Torr、温度850℃至1050℃，通入MO源为TEGa和CP2Mg，持续生长厚度为5nm至20nm的掺杂Mg的P型GaN接触层，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E22atoms/cm3。
10、外延生长结束后，将反应时的温度降至650℃至800℃，采用纯氮气氛围进行退火处理5min至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P型GaN层的不同，本申请将P型GaN层设计为低温-中温-高温生长的三层分段式结构(实施例2中的步骤108)，常规方法中的p型GaN层参见对比实施例中的第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的生长参数对比表。
表1样品1和样品2生长参数对比表
表1中，样品1采用传统生长方式生长，生长单层P型GaN层；样品2采用本专利生长方式，将传统P型GaN层替换为三段式生长，生长温度分别为750℃、850℃和950℃。
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数据得出，样品2与样品1相比，亮度从550mw左右增加到了520mw；从图5数据得出，样品2与样品1相比，驱动电压从3.32V降低到3.17V左右。因此可得出以下结论：
本专利提供的生长方法提高了大尺寸芯片的亮度，降低了驱动电压。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外延生长方法，与传统方法相比，把传统的P型GaN层，设计为低温中温高温三层分段式结构P型GaN层，目的是在最靠近量子阱的区域，先通过低温生长，提供较多空穴进入量子阱区域，接着中温生长，提高空穴迁移率，最后通过高温生长，提高材料结晶质量，修补低温生长的缺陷，从而提高整个量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，提高LED的发光效率。
第二、本发明LED外延生长方法，有利于提高大尺寸芯片的亮度，并降低了驱动电压。
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、生长低温成核层GaN、生长高温GaN缓冲层、生长非掺杂u-GaN层、生长掺杂Si的n-GaN层、生长发光层、生长P型AlGaN层、生长分段式P型GaN层、生长P型GaN接触层、降温冷却，
所述生长分段式P型GaN层为：
保持生长温度为700℃至800℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第一P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；
升高温度至800℃至900℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第二P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；
升高温度至900℃至1000℃，生长压力为100Torr至500Torr，生长厚度为10nm至100nm的第三P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E18atoms/cm3至1E21atoms/cm3；
其中，生长所述第一P型GaN层、生长所述第二P型GaN层和生长所述第三P型GaN层通入的MO源为TMGa和CP2Mg。
2.根据权利要求1所述LED外延生长方法，其特征在于，
所述处理衬底，具体为：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℃至1150℃。
3.根据权利要求1所述LED外延生长方法，其特征在于，
所述生长低温成核层GaN和生长高温GaN缓冲层，具体为：
降低温度至500℃至620℃，保持反应腔压力400Torr至650Torr，通入NH3和TMGa，在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm至40nm的低温成核层GaN；
停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000℃至1100℃，退火时间为5min至10min；
退火之后，将温度调节至900℃至1050℃，继续通入TMGa，外延生长厚度为0.2μm至1μm的高温GaN缓冲层，生长压力控制在400Torr-650Torr。
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：
升高温度到1050℃至1200℃，保持反应腔压力100Torr-500Torr，通入NH3和TMGa，持续生长厚度为1μm至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-GaN层，具体为：
保持反应腔温度为1050℃至1200℃，保持反应腔压力为100Torr-600Torr，通入NH3、TMGa和SiH4，持续生长一层掺杂浓度稳定的、厚度为2μm至4μm掺杂Si的n-GaN层，其中，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：
保持反应腔压力100Torr至500Torr、温度700℃至800℃，所用MO源为TEGa、TMIn和SiH4，生长掺杂In的厚度为2nm至5nm的量子阱层InyGa(1-y)N，y＝0.1至0.3；
接着升高温度至800℃至950℃，保持反应腔压力100Torr至500Torr，所用MO源为TEGa、TMIn和SiH4，生长厚度为8nm至15nm的垒层GaN，垒层GaN进行Si掺杂，Si掺杂浓度为8E16atoms/cm3至6E17atoms/cm3；
重复InyGa(1-y)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InyGa(1-y)N/GaN发光层，控制周期数为5至15个。
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P型AlGaN层，具体为：
保持反应腔压力20Torr至200Torr、温度900℃至1100℃，通入MO源为TMAl、TMGa和CP2Mg，持续生长厚度为50nm至200nm的P型AlGaN层，生长时间为3min至10min，Al的摩尔组分为10％至30％，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至500Torr、温度850℃至1050℃，通入MO源为TEGa和CP2Mg，持续生长厚度为5nm至20nm的掺杂Mg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：
外延生长结束后，将反应时的温度降至650℃至800℃，采用纯氮气氛围进行退火处理5min至10min，然后降至室温，结束生长。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710029549.7A CN106784230B (zh) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | Led外延生长方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710029549.7A CN106784230B (zh) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | Led外延生长方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106784230A true CN106784230A (zh) | 2017-05-31 |
| CN106784230B CN106784230B (zh) | 2019-10-08 |
Family
ID=58945753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710029549.7A Active CN106784230B (zh) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | Led外延生长方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106784230B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107731974A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-02-23 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片及其生长方法 |
| CN109346574A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-02-15 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种提高氮化镓基led发光二极管亮度的外延片及生长方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105336825A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-02-17 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延生长方法 |
| CN105390574A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-03-09 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Led外延层生长方法及通过此方法获得的led芯片 |
| CN105679893A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-06-15 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片制作方法及发光二极管外延片 |
| CN106328494A (zh) * | 2016-09-20 | 2017-01-11 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 提高光效的led外延生长方法 |
| CN106531855A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-03-22 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延结构及其生长方法 |
-
2017
- 2017-01-16 CN CN201710029549.7A patent/CN106784230B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105336825A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-02-17 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延生长方法 |
| CN105390574A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-03-09 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Led外延层生长方法及通过此方法获得的led芯片 |
| CN105679893A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-06-15 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片制作方法及发光二极管外延片 |
| CN106328494A (zh) * | 2016-09-20 | 2017-01-11 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 提高光效的led外延生长方法 |
| CN106531855A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-03-22 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延结构及其生长方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107731974A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-02-23 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片及其生长方法 |
| CN109346574A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-02-15 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种提高氮化镓基led发光二极管亮度的外延片及生长方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106784230B (zh) | 2019-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105932118B (zh) | 提高空穴注入的led外延生长方法 | |
| CN105789388B (zh) | 提高外延晶体质量的led生长方法 | |
| CN106129198B (zh) | Led外延生长方法 | |
| CN106098870B (zh) | Led外延接触层生长方法 | |
| CN105869999B (zh) | Led外延生长方法 | |
| CN106328777B (zh) | 一种发光二极管应力释放层的外延生长方法 | |
| CN105206723B (zh) | 一种提高led亮度的外延生长方法 | |
| 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 | |
| CN105355735B (zh) | 一种降低led接触电阻的外延生长方法 | |
| CN108550665A (zh) | 一种led外延结构生长方法 | |
| CN105870270B (zh) | Led外延超晶格生长方法 | |
| CN106328494A (zh) | 提高光效的led外延生长方法 | |
| CN106206884B (zh) | Led外延p层生长方法 | |
| CN106129199A (zh) | 降低接触电阻的led外延生长方法 | |
| CN107134517B (zh) | 一种led外延生长方法 | |
| CN106299062B (zh) | 电流扩展层的外延生长方法 | |
| CN107068817B (zh) | Led外延生长方法 | |
| CN107946416A (zh) | 一种提高发光效率的led外延生长方法 | |
| CN109830578A (zh) | 一种led外延结构的生长方法 | |
| CN106409996A (zh) | 改善led芯片性能均匀性的外延生长方法 | |
| CN106784230B (zh) | Led外延生长方法 | |
| CN106206882B (zh) | 提高抗静电能力的led生长方法 | |
| CN110379895B (zh) | Led外延生长方法 | |
| CN105845788B (zh) | 一种led电流扩展层外延生长方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |