CN108878603A - 一种氮化镓led的外延制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化镓LED的外延制备方法，该方法包括在蓝宝石衬底上生长氮化镓缓冲层；对所述氮化镓缓冲层形进行退火形成至少一个晶核岛‑‑Buffer缓冲层；以所述晶核岛为基础横向生长氮化镓层直至各所述晶核岛互相连接，形成整体二维晶体层‑‑3D晶核层。该制备方法采用在有源区中间生长缓冲插入层。缓冲插入层由第一子层、第二子层及第三子层交替层叠而成。其中，第一子层由P型氮化镓制成，第二子层由P型铟镓氮制成，第三子层由N型铝镓氮制成。本发明通过上述技术方案，通过消耗、阻挡及发射作用，起到对电子减速及均匀扩展的作用。解决了正向导通的漏电流问题，并改善了传统氮化镓LED外延结构随电流密度增加，发光效率降低的问题。
Description
【技术领域】
本发明专利涉及一种氮化镓发光二极管的外延制备方法，具体涉及一种新型量子阱制备方法
【背景技术】
半导体发光二极管具有发光效率高，寿命长，尺寸小，颜色丰富等特点，而受到广泛应用。半导体发光二极管是利用电子和空穴在夹于n-型掺杂区和p-型掺杂区之间的有源区内进行辐射复合来发光的。其中电子与空穴的迁移速率的差异是影响发光效率的重要原因。一般电子的迁移速率是空穴的10倍以上。迁移速率的差异，导致电子大量越过有源区进入p-型掺杂区与空穴复合，影响发光效率。
传统的氮化镓发光二极管外延结构中采用在有源区之前增加电流扩展层来缓解这一问题，并不能彻底解决，尤其制作大功率芯片时，随着电流密度的增加，会出现正向导通漏电流问题以及发光效率下降明显。因此，传统外延结构存在随着电流密度增加，正向导通漏电流问题以及发光效率下降的问题。
【发明内容】
本发明针对以上情况提出了一种氮化镓LED的外延制备方法，能够有效改善随着电流密度增加，发光效率降低的问题。
本发明所涉及的一种氮化镓LED的外延制备方法，包括：
在蓝宝石衬底上生长氮化镓缓冲层；
对所述氮化镓缓冲层进行退火形成至少一个晶核岛；
以所述晶核岛为基础横向生长氮化镓层，直至各所述晶核岛相互连接，形成二维晶体层；
在所述二维晶体层上生长非掺杂的氮化镓层；
在所述非掺杂的氮化镓层上生长N型轻掺杂的氮化镓层掺杂层；
在所述N型轻掺杂的氮化镓层上生长N型掺杂的氮化镓层掺杂层；
在所述N型掺杂的氮化镓层上生长N型重掺杂的氮化镓层掺杂层；
在所述N型掺杂氮化镓层上按照第一周期数生长至少一个量子阱结构；
在所述第一周期数的量子阱结构上按照第二周期数生长至少两个缓冲插入层；
在所述缓冲插入层上按照第三周期数生长至少一个量子阱结构；
在最后生成的所述第三周期量子阱结构的有源区上生长P型掺杂的氮化镓掺杂层。
一种氮化镓LED的外延制备方法，包括：
在蓝宝石衬底上生长氮化镓缓冲层；
对所述氮化镓缓冲层形进行退火形成至少一个晶核岛--Buffer缓冲层
以所述晶核岛为基础横向生长氮化镓层直至各所述晶核岛互相连接，形成整体二维晶体层--3D晶核层
在所述二维晶体层上生长非掺杂的氮化镓层--U-GaN
在所述非掺杂的氮化镓层上生长N型轻掺杂的氮化镓层掺杂层--N-GaN(—)
在所述N型轻掺杂的氮化镓层上生长N型掺杂的氮化镓层掺杂层--N-GaN
在所述N型掺杂的氮化镓层上生长N型重掺杂的氮化镓层掺杂层--N-GaN(+)
在所述氮化镓掺杂层上按照第一周期数生长至少一个量子阱结构；
在所述第一周期数量子阱结构上按照第二周期数生长至少两个缓冲插入层；
在所述电子减速层上再按照第三周期数生长至少一个量子阱结构；
在最后生成的所述量子阱结构的有源区上生长P型掺杂的铝镓但氮掺杂层。
生长氮化镓缓冲层厚度为5nm～30nm；
生长设备可是金属有机化学气相沉积设备(MOCVD)、氢化物气相外延设备(HVPE)其中一种；
在所述按照第一周期数生长的量子阱结构上，按照第二周期数生长至少缓冲插入层：
步骤1：所述反应室升温至900℃，压力190torr，通入三甲基镓、二茂镁、氨气，在所述按照第一周期数生长的量子阱结构上生长P-GaN层；
步骤2：所述反应室降温至750℃，压力200torr，通入三乙基镓、三甲基铟、二茂镁、氨气，在步骤一所述P-GaN层上生长P-InGaN层；
步骤3：所述反应室升温到1050℃，压力100torr，通入三甲基镓、三甲基铝、氨气，在步骤2所述P-InGaN层上生长N-AlGaN层；
步骤4：按照第二周期数依次重复步骤1、步骤2和步骤3。
P-GaN层的厚度30nm-60nm，所述P-GaN层的P型掺杂浓度：5×1010cm-3～5×1015cm-3。
P-InGaN层的厚度为10nm-15nm，所述P-InGaN层的P型掺杂浓度：5×1015cm-3～5×1018cm-3。
N-AlGaN层的厚度为20nm-30nm，所述N-AlGaN层的N型掺杂浓度：1×1010cm-3～1×1018cm-3。
所述第一周期数的取值范围为2～10，所述第二周期数取值范围为2～5，所述第三周期数2～10。
本发明提供了一种新型氮化镓LED的外延制备方法，该制备方法采用在有源区中间生长缓冲插入层。缓冲插入层由第一子层、第二子层及第三子层交替层叠而成。其中，第一子层由P型氮化镓制成，第二子层由P型铟镓氮制成，第三子层由N型铝镓氮制成。本发明通过上述技术方案，通过消耗、阻挡及发射作用，起到对电子减速及均匀扩展的作用。解决了正向导通的漏电流问题，并改善了传统氮化镓LED外延结构随电流密度增加，发光效率降低的问题。
【附图说明】
图1是本发明一实施例结构示意图；
【具体实施方式】
下面将结合本发明附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细说明。
实施例一
请参考附图1，其中示出了本实施例中所描述的氮化镓基蓝光LED的结构图，生长波长465nm氮化镓基蓝光LED结构，具体步骤如下：
1、MOCVD反应室温度升至560℃，压力为550torr，同时通入三甲基镓(160ml/min)和NH3，时间3.5分钟，发生反应，形成28nm的GaN缓冲层1001层；
2、之后设定9分钟将温度升高至1060℃，压力下降到500torr，使缓冲层发生反应，形成晶核小岛；将温度维持在1060℃，压力500torr，通入三甲基镓(200ml/min)和氨气(30l/min)共30分钟，使晶核小岛横向生长，最终岛与岛合并；形成二维晶体层1002；
3、将反应室温度上升到1080℃，压力下降到150torr，同时通入三甲基镓(300ml/min)和氨气(50l/min)，共30分钟，生长一层厚度为1500nm的非掺杂GaN层1003层。
4、维持步骤3的设定条件，同时通入硅烷，共20分钟，生长一层1000nm的N型GaN层1004层，掺杂浓度为8×1017cm-3；
5、维持步骤4的设定条件，同时通入硅烷，共20分钟，生长一层1000nm的N型GaN层1005层，掺杂浓度为8×1018cm-3；
6、维持步骤4的设定条件，同时通入硅烷，共10分钟，生长一层500nm的N型GaN层1006层，掺杂浓度为8×1019cm-3；
7、将反应室温度设定至830℃，压力下降至200torr，同时通入三乙基镓(400ml/min)和氨气(50L/min)生长2分钟的量子阱结构的GaN垒层；
8、将反应室温度设定至750℃，压力维持200torr，同时通入三乙基镓(200ml/min)三甲基铟(280ml/min)和氨气(50L/min)生长1分钟的量子阱结构的In GaN的阱层；
9、顺序重复7、8两步5个循环，形成5个周期的量子阱结构的1007层；
10、将温度设定至900℃，压力维持190torr，同时通入三甲基镓(180ml/min)、二茂镁(220ml/min)和氨气(60L/min)，生长3分钟形成缓冲插入层中的P-GaN层；
11、将温度设定至750℃，压力维持190torr，同时通入三甲基镓(110ml/min)、三甲基铟(260ml/min)、二茂镁(400ml/min)和氨气(50L/min)，生长2分钟形成缓冲插入层中的P-In GaN层；
12、将温度设定至1050℃，压力设定100torr，同时通入三甲基镓(340ml/min)、三甲基铝(120ml/min)、硅烷(20ml/min)和氨气(60L/min)，生长3分钟形成缓冲插入层中的N-AlGaN层；
13、顺序重复10、11、12三步2个循环，形成2个周期的缓冲插入层的1008层；
14、将反应室温度设定至830℃，压力下降至200torr，同时通入三乙基镓(400ml/min)和氨气(50L/min)生长2分钟的量子阱结构的GaN垒层；
15、将反应室温度设定至750℃，压力维持200torr，同时通入三乙基镓(200ml/min)，三甲基铟(280ml/min)和氨气(50L/min)生长1分钟的量子阱结构的In GaN的阱层；
16、顺序重复12、13两步5个循环，形成4个周期的量子阱结构的1009层；
17、将温度设定至960℃，压力200torr，通入三甲基镓(190ml/min)二茂镁(360ml/min)和氨气(60l/min)，生长20分钟厚度为300nm，浓度为7×1017cm-3的P型掺杂层1010层。
18、此结构的LED制作成300μm×300μm的芯片，通入20mA电流，工作电压3.12V，发光亮度33mW。
本发明提供了一种新型氮化镓LED的外延制备方法，该制备方法采用在有源区中间生长缓冲插入层。缓冲插入层由第一子层、第二子层及第三子层交替层叠而成。其中，第一子层由P型氮化镓制成，第二子层由P型铟镓氮制成，第三子层由N型铝镓氮制成。本发明通过上述技术方案，通过消耗、阻挡及发射作用，起到对电子减速及均匀扩展的作用。解决了正向导通的漏电流问题，并改善了传统氮化镓LED外延结构随电流密度增加，发光效率降低的问题。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种氮化镓LED的外延制备方法，其特征在于，包括：
在蓝宝石衬底上生长氮化镓缓冲层；
对所述氮化镓缓冲层形进行退火形成至少一个晶核岛--Buffer缓冲层
以所述晶核岛为基础横向生长氮化镓层直至各所述晶核岛互相连接，形成整体二维晶体层--3D晶核层
在所述二维晶体层上生长非掺杂的氮化镓层--U-GaN
在所述非掺杂的氮化镓层上生长N型轻掺杂的氮化镓层掺杂层--N-GaN(—)在所述N型轻掺杂的氮化镓层上生长N型掺杂的氮化镓层掺杂层--N-GaN
在所述N型掺杂的氮化镓层上生长N型重掺杂的氮化镓层掺杂层--N-GaN(+)
在所述氮化镓掺杂层上按照第一周期数生长至少一个量子阱结构；
在所述第一周期数量子阱结构上按照第二周期数生长至少两个缓冲插入层；
在所述电子减速层上再按照第三周期数生长至少一个量子阱结构；
在最后生成的所述量子阱结构的有源区上生长P型掺杂的铝镓但氮掺杂层。
2.根据权利要求1所述的氮化镓LED外延制备方法，其特征在于，生长氮化镓缓冲层厚度为5nm—30nm。
3.根据权利要求1所述的氮化镓LED外延制备方法，其特征在于，生长设备可是金属有机化学气相沉积设备(MOCVD)、氢化物气相外延设备(HVPE)其中一种。
4.根据权利要求1所述的氮化镓LED外延制备方法，其特征在于，在所述按照第一周期数生长的量子阱结构上，按照第二周期数生长至少缓冲插入层：
步骤1：所述反应室升温至900℃，压力190torr，通入三甲基镓、二茂镁、氨气，在所述按照第一周期数生长的量子阱结构上生长P-GaN层；
步骤2：所述反应室降温至750℃，压力200torr，通入三乙基镓、三甲基铟、二茂镁、氨气，在步骤一所述P-GaN层上生长P-InGaN层；
步骤3：所述反应室升温到1050℃，压力100torr，通入三甲基镓、三甲基铝、氨气，在步骤2所述P-InGaN层上生长N-AlGaN层；
步骤4：按照第二周期数依次重复步骤1、步骤2和步骤3。
5.根据权利要求4所述氮化镓LED外延制备方法，其特征在于，P-GaN层的厚度30nm-60nm，所述P-GaN层的P型掺杂浓度：5×1010cm-3～5×1015cm-3。
6.根据权利要求4所述氮化镓外延制备方法，其特征在于，P-InGaN层的厚度为10nm～15nm，所述P-InGaN层的P型掺杂浓度：5×1015cm-3～5×1018cm-3。。
7.根据权利要求4所述氮化镓LED外延制备方法，其特征在于，N-AlGaN层的厚度为20nm～30nm，所述N-AlGaN层的N型掺杂浓度：1×1010cm-3～1×1018cm-3。
8.根据权利要求1所述氮化镓LED外延制备方法，其特征在于，所述第一周期数的取值范围为2～10，所述第二周期数取值范围为2～5，所述第三周期数2～10。
9.一种氮化镓LED的外延制备方法，其特征在于包括根据权利要求1—8任一项所述的氮化镓LED制备方法制备的氮化镓LED。
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