CN110676356A - 一种提高led亮度的外延方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高LED亮度的外延方法，传统LED的多重量子阱生长过程中，在最后一层量子垒结束后，新增一层不同于量子垒的外延粗化层，其中反应室内气氛环境依旧沿用量子垒生长条件，即反应室内气氛环境为V族气体源载气及通入反应室内气体，新增后的LED外延结构依次为接触层、P型掺杂层、P型阻滞层、外延粗化层、多重量子阱、应力释放层、N型阻滞层、N型掺杂层、非掺杂层、缓冲层和衬底。本发明用于提高LED的亮度和器件效率。

Description

一种提高LED亮度的外延方法
技术领域
本发明属于LED材料制备和结构设计技术领域，具体涉及一种提高LED亮度的外延方法。
背景技术
在传统的LED外延生长工艺中，常规生长工艺时先对衬底进行高温处理，处理水汽及杂质后，降到低温生长缓冲层来应对不同材料间的晶格失配，之后对于缓冲层进行高温退火处理进行重结晶，再在合适的温度上进行非掺杂的缓冲层，之后依次生长N型掺杂层，N型空穴阻滞层，应力释放层，量子阱层，P型电子阻滞层，P型层和接触层。传统的LED外延结构中，各外延层生长的工艺条件需要精准的计算和严苛的控制才能实现，并且亮度在达到峰值后已经无法再进行提升。本发明通过在P型电子阻滞层前新增一层外延层，来对整体的LED器件在不用更改后续芯片工艺的前提下进行亮度的提升，满足了当前市场对LED亮度不断提升的要求，可以通过此技术得到优质的LED器件，提升产品利润。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高LED亮度的外延方法，用于提高LED的亮度和器件效率。
本发明所采用的技术方案是，一种提高LED亮度的外延方法，传统LED的多重量子阱生长过程中，在最后一层量子垒结束后，新增一层不同于量子垒的外延粗化层，其中反应室内气氛环境依旧沿用量子垒生长条件，即反应室内气氛环境为V族气体源载气及通入反应室内气体，新增后的LED外延结构依次为接触层、P型掺杂层、P型阻滞层、外延粗化层、多重量子阱、应力释放层、N型阻滞层、N型掺杂层、非掺杂层、缓冲层和衬底。
本发明的特点还在于，
外延粗化层为非掺杂型GaN层+P型掺杂GaN层+非掺杂型GaN层的结构。
多重量子阱最后一层量子垒生长结束后，反应室温度保持在量子阱温度再升高140℃～160℃范围内，V族气体源的载气切换为PN2，III族金属源的载气切换为PH2，反应室压力维持在200mbar，反应室气体流量及金属源的流量稳定时间控制在3-5min。
新增外延粗化层中，先进行Cp2Mg的预流10s～30s，然后打开TMGa与V族气体源进行生长1min～2min的非掺杂层，再打开Cp2Mg生长3min～5min的P型掺杂层最后关闭Cp2Mg再生长1min～2min的非掺杂层，整体粗化层生长5min～10min；然后继续P型EBL与P型掺杂层等后续结构生长即可。
为了得到更好的亮度结果，将所述粗化层结构进行再优化，具体如下：
厚度优化：将粗化层中的两层非掺杂层厚度以阶梯式设计，在金属源及气体流量不变的前提下，第一层非掺杂层生长时间减少至0.5min～1min，最后一层非掺杂层生长时间增加至3min～4min形成厚度差，以增强粗化层中P型掺杂层Mg原子的移动，进而增强粗化效果；
掺杂量优化：增大粗化层中P型掺杂层Cp2Mg的流量，调整范围在200sccm～500sccm之间，增加粗化层中P型掺杂层Mg的含量，进而增强粗化效果。
本发明的有益效果是，本发明在原有传统的LED结构上，在最后一个量子垒结束后沿用其部分的生长条件，新增一层外延粗化层生长，该粗化层中加入了Mg掺杂，之后继续按照原结构接入成长即可；由于粗化层的加入，可以对原有LED的多重量子阱开辟出新的形变，通过多重量子阱结构性的变化来提升LED亮度。通过粗化层的加入，在使用新增粗化层的新外延结构后，外延层表面平整，缺陷较传统LED未有明显增加，LED晶粒段亮度提升约9％，其他电特性参数如VF、Vz、IR和ESD良率并未有变差。
附图说明
图1是传统LED外延结构；
图2是本发明的外延结构图；
图3是传统LED结构晶粒段亮度与新增粗化层LED结构晶粒段亮度对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种提高LED亮度的外延方法，传统LED外延结构如图1所示，传统LED的多重量子阱生长过程中，在最后一层量子垒结束后，新增一层不同于量子垒的外延粗化层，如图2所示，其中反应室内气氛环境依旧沿用量子垒生长条件，即反应室内气氛环境为V族气体源载气及通入反应室内气体，新增后的LED外延结构依次为接触层、P型掺杂层、P型阻滞层、外延粗化层、多重量子阱、应力释放层、N型阻滞层、N型掺杂层、非掺杂层、缓冲层和衬底。
外延粗化层为非掺杂型GaN层+P型掺杂GaN层+非掺杂型GaN层的结构。
多重量子阱最后一层量子垒生长结束后，反应室温度保持在量子阱温度再升高140℃～160℃范围内，V族气体源的载气切换为PN2，III族金属源的载气切换为PH2，反应室压力维持在200mbar，反应室气体流量及金属源的流量稳定时间控制在3-5min。
新增外延粗化层中，先进行Cp2Mg的预流10s～30s，然后打开TMGa与V族气体源进行生长1min～2min的非掺杂层，再打开Cp2Mg生长3min～5min的P型掺杂层最后关闭Cp2Mg再生长1min～2min的非掺杂层，整体粗化层生长5min～10min；然后继续P型EBL与P型掺杂层等后续结构生长即可。
为了得到更好的亮度结果，将所述粗化层结构进行再优化，具体如下：
厚度优化：将粗化层中的两层非掺杂层厚度以阶梯式设计，在金属源及气体流量不变的前提下，第一层非掺杂层生长时间减少至0.5min～1min，最后一层非掺杂层生长时间增加至3min～4min形成厚度差，以增强粗化层中P型掺杂层Mg原子的移动，进而增强粗化效果；
掺杂量优化：增大粗化层中P型掺杂层Cp2Mg的流量，调整范围在200sccm～500sccm之间，增加粗化层中P型掺杂层Mg的含量，进而增强粗化效果。
如图3所示，图3为传统LED结构晶粒段亮度与新增粗化层LED结构晶粒段亮度对比图，将传统结构的LED外延片与新增粗化层结构的LED外延片，相同工艺条件下同批次做芯片制程，芯片制程均选择30mil工艺，到晶粒段测试后，新增粗化层的LED结构在同条件测试下，亮度大于传统LED结构，亮度增加约9～10％。

Claims (5)

1.一种提高LED亮度的外延方法，其特征在于，传统LED的多重量子阱生长过程中，在最后一层量子垒结束后，新增一层不同于量子垒的外延粗化层，其中反应室内气氛环境依旧沿用量子垒生长条件，即反应室内气氛环境为V族气体源载气及通入反应室内气体，新增后的LED外延结构依次为接触层、P型掺杂层、P型阻滞层、外延粗化层、多重量子阱、应力释放层、N型阻滞层、N型掺杂层、非掺杂层、缓冲层和衬底。
2.根据权利要求1所述的一种提高LED亮度的外延方法，其特征在于，所述外延粗化层为非掺杂型GaN层+P型掺杂GaN层+非掺杂型GaN层的结构。
3.根据权利要求1所述的一种提高LED亮度的外延方法，其特征在于，多重量子阱最后一层量子垒生长结束后，反应室温度保持在量子阱温度再升高140℃～160℃范围内，V族气体源的载气切换为PN2，III族金属源的载气切换为PH2，反应室压力维持在200mbar，反应室气体流量及金属源的流量稳定时间控制在3-5min。
4.根据权利要求2所述的一种提高LED亮度的外延方法，其特征在于，新增外延粗化层中，先进行Cp2Mg的预流10s～30s，然后打开TMGa与V族气体源进行生长1min～2min的非掺杂层，再打开Cp2Mg生长3min～5min的P型掺杂层最后关闭Cp2Mg再生长1min～2min的非掺杂层，整体粗化层生长5min～10min；然后继续P型EBL与P型掺杂层等后续结构生长即可。
5.根据权利要求3所述的一种提高LED亮度的外延方法，其特征在于，为了得到更好的亮度结果，将所述粗化层结构进行再优化，具体如下：
厚度优化：将粗化层中的两层非掺杂层厚度以阶梯式设计，在金属源及气体流量不变的前提下，第一层非掺杂层生长时间减少至0.5min～1min，最后一层非掺杂层生长时间增加至3min～4min形成厚度差，以增强粗化层中P型掺杂层Mg原子的移动，进而增强粗化效果；
掺杂量优化：增大粗化层中P型掺杂层Cp2Mg的流量，调整范围在200sccm～500sccm之间，增加粗化层中P型掺杂层Mg的含量，进而增强粗化效果。
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