CN111261755A - 一种led外延生长方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高抗静电能力及发光效率的LED外延生长方法，具体如下：步骤1、处理衬底；步骤2、在衬底上生长低温缓冲层氮化镓层；步骤3、生长不掺杂的氮化镓层；步骤4、生长复合N型层；步骤5、生长多量子阱发光层；步骤6、生长掺杂铝和镁的电子阻挡层；步骤7、生长掺杂镁的高温P型氮化镓层；步骤8、在温度为750～800℃、压力为500～800mbar的条件下，炉内退火25～30min，关闭加热系统和给气系统后，随炉冷却。本发明所述的外延生长方法大大释放了底部应力，降低了底部位错密度，提高了氮化镓晶体质量，改善了电流扩展，使LED的抗静电性能得到改善，还提高了LED的光输出功率。

Description

一种LED外延生长方法
技术领域
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种LED外延生长方法。
背景技术
目前，通过金属化学气相沉积法MOCVD生长得到的LED外延结构，容易存在衬底和氮化镓层间晶格失配的缺陷问题，缺陷包括点位错、韧性位错和螺旋位错，且位错密度介于1×1010～3×1010个/m2，位错的存在破坏了氮化镓原本的晶体排序，对LED器件带来很多负面影响，如螺旋位错使得LED外延结构从外延层底层延伸至外延层表面，穿过发光层，为LED器件的漏电提供了路径，又LED器件的漏电加速了器件的老化，LED器件的抗静电能力也因位错的存在而大大的减弱。现有的LED市场要求LED芯片的驱动电压低，特别是在大电流密度下驱动电压越低越好、光效越高越好，但电流密度过高，若LED外延结构的缺陷问题没有得到有效解决，位错密度没有得到有效降低，在高密度电流从漏电路径通过时，容易造成LED器件被击穿损伤。
综上所述，急需一种LED外延生长方法，解决现有LED外延结构中存在的衬底和氮化镓层间晶格失配的缺陷问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种LED外延生长方法，具体技术方案如下：
一种LED外延生长方法，包括生长复合N型层的过程，所述外延生长方法具体如下：
步骤1、处理衬底；
步骤2、在衬底上生长低温缓冲层氮化镓层；
步骤3、生长不掺杂的氮化镓层；
步骤4、生长复合N型层；
步骤5、生长多量子阱发光层；
步骤6、生长掺杂铝和镁的电子阻挡层；
步骤7、生长掺杂镁的高温P型氮化镓层；
步骤8、在温度为750～800℃、压力为500～800mbar的条件下，炉内退火25～30min，关闭加热系统和给气系统后，随炉冷却。
优选的，所述步骤4包括以下步骤：
步骤4.1、交替生长掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层；
步骤4.2、高温交替生长中浓度掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层；
步骤4.3、中低温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层；
步骤4.4、高温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层；
步骤4.5、生长掺杂硅的氮化铝镓层；
步骤4.6、高温生长低浓度掺杂硅的N型氮化镓层。
优选的，在所述步骤4中，
步骤4.1、交替生长掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层，具体是：在反应腔压力为100～200mbar、温度为980～1030℃以及通入流量为10～50L/min的氨气、50～150sccm的三甲基镓、0～300sccm的三甲基铝和2～10sccm的硅烷的条件下，交替生长掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层，其中，交替生长周期数为4～20个，生长总厚度为20～120nm，每个生长周期中掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层间的厚度比为1:1～4:1，硅掺杂浓度2×1018～1×1019atoms/cm3；
步骤4.2、高温交替生长中浓度掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层，具体是：在反应腔压力为100～400mbar、温度为1050～1080℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、200～800sccm的三甲基镓和0～200sccm的硅烷的条件下，交替生长中浓度掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层，其中，交替生长周期数为40～80个，生长总厚度为500～1000nm，每个生长周期中掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层间的厚度比为3:1～5:1，硅掺杂浓度6×1018～1×1019atoms/cm3；
步骤4.3、中低温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层，具体是：在反应腔压力为100～400mbar、温度为1000～1050℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、200～800sccm的三甲基镓和50～200sccm的硅烷的条件下，生长总厚度为50～300nm高浓度掺杂硅的氮化镓层，其中，硅掺杂浓度1×1019～3×1019atoms/cm3；
步骤4.4、高温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层，具体是：在反应腔压力为100～400mbar、温度为1050～1080℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、200～800sccm的三甲基镓和50～200sccm的硅烷的条件下，生长总厚度为500～1000nm高浓度掺杂硅的氮化镓层，其中，硅掺杂浓度1×1019～3×1019atoms/cm3；
步骤4.5、生长掺杂硅的氮化铝镓层，具体是：在反应腔压力为100～200mbar、温度为980～1030℃以及通入流量为50～150sccm的三甲基镓、30～150sccm的三甲基铝和2～10sccm的硅烷的条件下，生长总厚度为10～30nm掺杂硅的氮化铝镓层，其中，硅掺杂浓度2×1018～1×1019atoms/cm3；
步骤4.6、高温生长低浓度掺杂硅的N型氮化镓层，具体是：在反应腔压力为100～400mbar、温度为1050～1080℃以及通入流量为10～50L/min的氨气、200～800sccm的三甲基镓和3～30sccm的硅烷的条件下，生长总厚度为100～500nm掺杂硅的N型氮化镓层，其中，硅掺杂浓度2×1017～2×1018atoms/cm3。
优选的，所述步骤4中生长复合N型层的时间为600～6000s。
优选的，所述步骤1具体是：在反应腔压力为100～150mbar、温度为1000～1020℃以及通入流量为50～200L/min的氢气的条件下，处理衬底5～10min；
所述衬底包括蓝宝石。
优选的，所述步骤2具体是：在反应腔压力为500～1000mbar、温度为520～550℃以及通入流量为20～100L/min的氨气和40～100sccm的三甲基镓的条件下，在所述衬底上生长厚度为20～30nm的低温缓冲层氮化镓层。
优选的，所述步骤3具体是：在反应腔压力为150～500mbar、温度为1030～1080℃以及通入流量为20～100L/min的氨气和200～800sccm的三甲基镓的条件下，生长厚度为2～4μm的不掺杂的氮化镓层。
优选的，所述步骤5具体是：在反应腔压力为200～500mbar、温度为730～780℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、200～1000sccm的三乙基镓和200～2000sccm的三甲基铟的条件下，生长厚度为2～4nm的InxGa(1-x)N层，其中x＝0.20～0.23；接着保持反应腔压力、温度以及氨气用量不变，在通入流量为200～1000sccm的三乙基镓和200～2000sccm的三甲基铟的条件下，生长厚度为10～15nm的氮化镓层；重复交替生长InxGa(1-x)N层和氮化镓层，控制交替周期数为6～15个。
优选的，所述步骤6具体是：在反应腔压力为100～300mbar、温度为850～950℃以及通入流量为10～50L/min的氨气、40～200sccm的三甲基镓、20～200sccm的三甲基铝和100～1000sccm的二茂镁的条件下，生长厚度为20～100nm的掺杂铝和镁的电子阻挡层，其中，铝掺杂浓度为1×1020～3×1020atoms/cm3，镁掺杂浓度为3×1018～6×1018atoms/cm3。
优选的，所述步骤7具体是：在反应腔压力为200～300mbar、温度为900～950℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、40～200sccm的三甲基镓和200～2000sccm的二茂镁的条件下，生长厚度为50～200nm的掺杂镁的高温P型氮化镓层，其中，镁掺杂浓度为1×1019～3×1019atoms/cm3。
本发明采用金属化学气相沉积法MOCVD在衬底上生长高亮度氮化镓基LED外延片，采用高纯氢气和/或高纯氮气作为载气、高纯氨气作为氮源、三甲基镓和/或三乙基镓作为镓源、三甲基铟作为铟源、硅烷作为N型掺杂剂、三甲基铝作为铝源以及二茂镁作为P型掺杂剂，衬底为(0001)面蓝宝石，反应腔压力在100～1000mbar。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
本发明所述的外延生长方法，是通过在步骤4中生长复合N型层，形成高低梯度温度，高低梯度浓度硅掺杂的复合N型层结构，来提高抗静电能力的生长方法。与传统单层N型层结构相比，本发明所述的复合N型层结构有六个结构层组成，主要包含：步骤4.1、交替生长掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层；步骤4.2、高温交替生长中浓度掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层；步骤4.3、中低温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层；步骤4.4、高温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层；步骤4.5、生长掺杂硅的氮化铝镓层；步骤4.6、高温生长低浓度掺杂硅的N型氮化镓层。在步骤4.1中交替生长掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层有助于衬底和氮化镓层间晶格失配的缺陷转弯，从而减少LED外延结构底部的缺陷向上延伸；在步骤4.2中高温交替生长中浓度掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层有助于电流扩展；在步骤4.3中中低温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层以及在步骤4.4中高温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层，两层间的组合将有助于降低应力；在步骤4.5中生长掺杂硅的氮化铝镓层有助于电压稳定，在步骤4.6、高温生长低浓度掺杂硅的N型氮化镓层，使电流扩展更好，从而提高抗静电能力。本发明所述的外延生长方法大大释放了底部应力，降低了底部位错密度，提高了氮化镓晶体质量，改善了电流扩展，使LED的抗静电性能得到极大的改善，还一定程度上提高了LED的光输出功率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图和实施例，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例1的LED外延结构示意图；
其中，1、衬底，2、低温缓冲层氮化镓层，3、不掺杂的氮化镓层，4、复合N型层，4.1、复合N型层第一层，4.2、复合N型层第二层，4.3、复合N型层第三层，4.4、复合N型层第四层，4.5、复合N型层第五层，4.6、复合N型层第六层，5、多量子阱发光层，6、掺杂铝和镁的电子阻挡层，7、掺杂镁的高温P型氮化镓层。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
一种LED外延生长方法，包括生长复合N型层的过程，所述外延生长方法具体如下：
步骤1、处理衬底1；
步骤2、在衬底1上生长低温缓冲层氮化镓层2；
步骤3、生长不掺杂的氮化镓层3；
步骤4、生长复合N型层4；
步骤5、生长多量子阱发光层5；
步骤6、生长掺杂铝和镁的电子阻挡层6；
步骤7、生长掺杂镁的高温P型氮化镓层7；
步骤8、在温度为750～800℃、压力为500～800mbar的条件下，炉内退火25～30min，关闭加热系统和给气系统后，随炉冷却。
本实施例1采用金属化学气相沉积法MOCVD在衬底1上生长高亮度氮化镓基LED外延片，采用高纯氢气和/或高纯氮气作为载气、高纯氨气作为氮源、三甲基镓和/或三乙基镓作为镓源、三甲基铟作为铟源、硅烷作为N型掺杂剂、三甲基铝作为铝源以及二茂镁作为P型掺杂剂，衬底1为(0001)面蓝宝石。
所述步骤4包括以下步骤：
步骤4.1、交替生长掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层，记为复合N型层第一层4.1；
步骤4.2、高温交替生长中浓度掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层，记为复合N型层第二层4.2；
步骤4.3、中低温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层，记为复合N型层第三层4.3；
步骤4.4、高温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层，记为复合N型层第四层4.4；
步骤4.5、生长掺杂硅的氮化铝镓层，记为复合N型层第五层4.5；
步骤4.6、高温生长低浓度掺杂硅的N型氮化镓层，记为复合N型层第六层4.6。
在所述步骤4中，
步骤4.1、交替生长掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层，具体是：在反应腔压力为100mbar、温度为1000℃以及通入流量为10～50L/min的氨气、100sccm的三甲基镓、100sccm的三甲基铝和4.5sccm的硅烷的条件下，生长掺杂硅的氮化铝镓层，生长时间控制为45s，在反应腔压力为100mbar、温度为1000℃以及通入流量为10～50L/min的氨气、100sccm的三甲基镓和4.5sccm的硅烷的条件下，生长掺杂硅的氮化镓层，生长时间控制为15s，交替生长掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层，其中，交替生长周期数为6个，生长总厚度为20～120nm，每个生长周期中掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层间的厚度比为1:1～4:1，硅掺杂浓度2×1018～1×1019atoms/cm3；
步骤4.2、高温交替生长中浓度掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层，具体是：在反应腔压力为200mbar、温度为1075℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、500sccm的三甲基镓和80sccm的硅烷的条件下，生长中浓度掺杂硅的氮化镓层，生长时间控制为12s，在反应腔压力为200mbar、温度为1075℃以及通入流量为500sccm的三甲基镓的条件下，生长不掺杂的氮化镓层，生长时间控制为3s，交替生长中浓度掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层，其中，交替生长周期数为40个，生长总厚度为500～1000nm，每个生长周期中掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层间的厚度比为3:1～5:1，硅掺杂浓度6×1018～1×1019atoms/cm3；
步骤4.3、中低温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层，具体是：在反应腔压力为200mbar、温度为1020℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、500sccm的三甲基镓和120sccm的硅烷的条件下，生长总厚度为50～300nm高浓度掺杂硅的氮化镓层，生长时间控制为120s，其中，硅掺杂浓度1×1019～3×1019atoms/cm3；
步骤4.4、高温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层，具体是：在反应腔压力为200mbar、温度为1075℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、500sccm的三甲基镓和120sccm的硅烷的条件下，生长总厚度为500～1000nm高浓度掺杂硅的氮化镓层，生长时间控制为600s，其中，硅掺杂浓度1×1019～3×1019atoms/cm3；
步骤4.5、生长掺杂硅的氮化铝镓层，具体是：在反应腔压力为100mbar、温度为1000℃以及通入流量为100sccm的三甲基镓、100sccm的三甲基铝和4.5sccm的硅烷的条件下，生长总厚度为10～30nm掺杂硅的氮化铝镓层，生长时间控制为90s，其中，硅掺杂浓度2×1018～1×1019atoms/cm3；
步骤4.6、高温生长低浓度掺杂硅的N型氮化镓层，具体是：在反应腔压力为200mbar、温度为1065℃以及通入流量为10～50L/min的氨气、500sccm的三甲基镓和10sccm的硅烷的条件下，生长总厚度为100～500nm掺杂硅的N型氮化镓层，生长时间控制为240s，其中，硅掺杂浓度2×1017～2×1018atoms/cm3。
所述步骤4中生长复合N型层4的时间共计为2010s。
所述步骤1具体是：在反应腔压力为100～150mbar、温度为1000～1020℃以及通入流量为50～200L/min的的氢气的条件下，处理衬底5～10min。
所述步骤2具体是：在反应腔压力为500～1000mbar、温度为520～550℃以及通入流量为20～100L/min的氨气和40～100sccm的三甲基镓的条件下，在所述衬底1上生长厚度为20～30nm的低温缓冲层氮化镓层2。
所述步骤3具体是：在反应腔压力为150～500mbar、温度为1030～1080℃以及通入流量为20～100L/min的氨气和200～800sccm的三甲基镓的条件下，生长厚度为2～4μm的不掺杂的氮化镓层3。
所述步骤5具体是：在反应腔压力为200～500mbar、温度为730～780℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、200～1000sccm的三乙基镓和200～2000sccm的三甲基铟的条件下，生长厚度为2～4nm的InxGa(1-x)N层，其中x＝0.20～0.23；接着保持反应腔压力、温度以及氨气用量不变，在通入流量为200～1000sccm的三乙基镓和200～2000sccm的三甲基铟的条件下，生长厚度为10～15nm的氮化镓层；重复交替生长InxGa(1-x)N层和氮化镓层，控制交替周期数为6～15个。
所述步骤6具体是：在反应腔压力为100～300mbar、温度为850～950℃以及通入流量为10～50L/min的氨气、40～200sccm的三甲基镓、20～200sccm的三甲基铝和100～1000sccm的二茂镁的条件下，生长厚度为20～100nm的掺杂铝和镁的电子阻挡层6，其中，铝掺杂浓度为1×1020～3×1020atoms/cm3，镁掺杂浓度为3×1018～6×1018atoms/cm3。
所述步骤7具体是：在反应腔压力为200～300mbar、温度为900～950℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、40～200sccm的三甲基镓和200～2000sccm的二茂镁的条件下，生长厚度为50～200nm的掺杂镁的高温P型氮化镓层7，其中，镁掺杂浓度为1×1019～3×1019atoms/cm3。
通过实施例1所述外延生长方法生长的LED外延结构参见图1。
对比例1
采用传统的LED外延生长方法生长的LED外延结构，与实施例1不同的是步骤4，其它条件不变，步骤4具体是：在反应腔压力为200mbar、温度为1075℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、500sccm的三甲基镓和120sccm的硅烷条件下，生长厚度为2～4μm的掺杂硅的N型氮化镓层，其中，硅掺杂浓度为8×1018～2×1019atoms/cm3，生长时间为1320s。
对比例2
与实施例1不同的是省去步骤4.1，其它条件不变。
对比例3
与实施例1不同的是省去步骤4.2，其它条件不变。
对比例4
与实施例1不同的是省去步骤4.3，其它条件不变。
对比例5
与实施例1不同的是省去步骤4.4，其它条件不变。
对比例6
与实施例1不同的是省去步骤4.5，其它条件不变。
对比例7
与实施例1不同的是省去步骤4.6，其它条件不变。
根据实施例1和对比例1～7所述的外延生长方法分别批量制得样品1和样品2～8，样品1～8在相同的前工艺条件下镀氧化铟锡层800～1200埃，相同的条件下镀铬\铂\金(Cr/Pt/Au)电极450～550埃，相同的条件下镀保护层二氧化硅(SiO2)150～250埃，然后在相同的条件下将样品研磨切割成762μm*762μm(30mi*30mil)的芯片颗粒，样品1～8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1～8的光电性能，得到的结果参见表2，对样品1和样品2采用XRD表征，得到的结果参见表1。
表1样品1和样品2的XRD表征结果
实验组 氮化镓102峰半高宽 氮化镓002峰半高宽
样品1 164 139
样品2 223 168
表2样品1～8的光电性能数据
Figure BDA0002417381270000091
由表1数据知，样品1中的氮化镓102峰半高宽及002峰半高宽都比样品2中的氮化镓要小，说明实施例1生长的氮化镓结晶质量得到明显改善，有助于释放样品1的底部应力，进而降低底部位错密度；由表2数据知，样品1较样品2的亮度明显增加，一定程度上提高了LED的光输出功率，相比于样品2，样品1的抗静电(8kv)通过率显著增加，提高了抗静电能力，说明经本发明制备的样品1在光电性能方面明显优于传统方法制备的样品2；由表2数据知，样品3～7在亮度和抗静电(8kv)通过率方面均低于样品1，这说明缺少复合N型层结构中的任一层，均造成所制备的样品在亮度以及抗静电(8kv)通过率方面性能降低，也说明了本发明中完整的复合N型层结构有利于提升样品1的光电性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LED外延生长方法，其特征在于，包括生长复合N型层的过程，所述外延生长方法具体如下：
步骤1、处理衬底；
步骤2、在衬底上生长低温缓冲层氮化镓层；
步骤3、生长不掺杂的氮化镓层；
步骤4、生长复合N型层；
步骤5、生长多量子阱发光层；
步骤6、生长掺杂铝和镁的电子阻挡层；
步骤7、生长掺杂镁的高温P型氮化镓层；
步骤8、在温度为750～800℃、压力为500～800mbar的条件下，炉内退火25～30min，关闭加热系统和给气系统后，随炉冷却。
2.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述步骤4包括以下步骤：
步骤4.1、交替生长掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层；
步骤4.2、高温交替生长中浓度掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层；
步骤4.3、中低温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层；
步骤4.4、高温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层；
步骤4.5、生长掺杂硅的氮化铝镓层；
步骤4.6、高温生长低浓度掺杂硅的N型氮化镓层。
3.根据权利要求2所述的外延生长方法，其特征在于，在所述步骤4中，
步骤4.1、交替生长掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层，具体是：在反应腔压力为100～200mbar、温度为980～1030℃以及通入流量为10～50L/min的氨气、50～150sccm的三甲基镓、0～300sccm的三甲基铝2～10sccm的硅烷的条件下，交替生长掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层，其中，交替生长周期数为4～20个，生长总厚度为20～120nm，每个生长周期中掺杂硅的氮化铝镓层和掺杂硅的氮化镓层间的厚度比为1:1～4:1，硅掺杂浓度2×1018～1×1019atoms/cm3；
步骤4.2、高温交替生长中浓度掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层，具体是：在反应腔压力为100～400mbar、温度为1050～1080℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、200～800sccm的三甲基镓和0～200sccm的硅烷的条件下，交替生长中浓度掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层，其中，交替生长周期数为40～80个，生长总厚度为500～1000nm，每个生长周期中掺杂硅的氮化镓层和不掺杂的氮化镓层间的厚度比为3:1～5:1，硅掺杂浓度6×1018～1×1019atoms/cm3；
步骤4.3、中低温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层，具体是：在反应腔压力为100～400mbar、温度为1000～1050℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、200～800sccm的三甲基镓和50～200sccm的硅烷的条件下，生长总厚度为50～300nm高浓度掺杂硅的氮化镓层，其中，硅掺杂浓度1×1019～3×1019atoms/cm3；
步骤4.4、高温生长高浓度掺杂硅的氮化镓层，具体是：在反应腔压力为100～400mbar、温度为1050～1080℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、200～800sccm的三甲基镓和50～200sccm的硅烷的条件下，生长总厚度为500～1000nm高浓度掺杂硅的氮化镓层，其中，硅掺杂浓度1×1019～3×1019atoms/cm3；
步骤4.5、生长掺杂硅的氮化铝镓层，具体是：在反应腔压力为100～200mbar、温度为980～1030℃以及通入流量为50～150sccm的三甲基镓、30～150sccm的三甲基铝和2～10sccm的硅烷的条件下，生长总厚度为10～30nm掺杂硅的氮化铝镓层，其中，硅掺杂浓度2×1018～1×1019atoms/cm3；
步骤4.6、高温生长低浓度掺杂硅的N型氮化镓层，具体是：在反应腔压力为100～400mbar、温度为1050～1080℃以及通入流量为10～50L/min的氨气、200～800sccm的三甲基镓和3～30sccm的硅烷的条件下，生长总厚度为100～500nm掺杂硅的N型氮化镓层，其中，硅掺杂浓度2×1017～2×1018atoms/cm3。
4.根据权利要求1-3任一项所述的外延生长方法，其特征在于，所述步骤4中生长复合N型层的时间为600～6000s。
5.根据权利要求4所述的外延生长方法，其特征在于，所述步骤1具体是：在反应腔压力为100～150mbar、温度为1000～1020℃以及通入流量为50～200L/min的氢气的条件下，处理衬底5～10min；
所述衬底包括蓝宝石。
6.根据权利要求5所述的外延生长方法，其特征在于，所述步骤2具体是：在反应腔压力为500～1000mbar、温度为520～550℃以及通入流量为20～100L/min的氨气和40～100sccm的三甲基镓的条件下，在所述衬底上生长厚度为20～30nm的低温缓冲层氮化镓层。
7.根据权利要求6所述的外延生长方法，其特征在于，所述步骤3具体是：在反应腔压力为150～500mbar、温度为1030～1080℃以及通入流量为20～100L/min的氨气和200～800sccm的三甲基镓的条件下，生长厚度为2～4μm的不掺杂的氮化镓层。
8.根据权利要求7所述的外延生长方法，其特征在于，所述步骤5具体是：在反应腔压力为200～500mbar、温度为730～780℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、200～1000sccm的三乙基镓和200～2000sccm的三甲基铟的条件下，生长厚度为2～4nm的InxGa(1-x)N层，其中x＝0.20～0.23；接着保持反应腔压力、温度以及氨气用量不变，在通入流量为200～1000sccm的三乙基镓和200～2000sccm的三甲基铟的条件下，生长厚度为10～15nm的氮化镓层；重复交替生长InxGa(1-x)N层和氮化镓层，控制交替周期数为6～15个。
9.根据权利要求8所述的外延生长方法，其特征在于，所述步骤6具体是：在反应腔压力为100～300mbar、温度为850～950℃以及通入流量为10～50L/min的氨气、40～200sccm的三甲基镓、20～200sccm的三甲基铝和100～1000sccm的二茂镁的条件下，生长厚度为20～100nm的掺杂铝和镁的电子阻挡层，其中，铝掺杂浓度为1×1020～3×1020atoms/cm3，镁掺杂浓度为3×1018～6×1018atoms/cm3。
10.根据权利要求9所述的外延生长方法，其特征在于，所述步骤7具体是：在反应腔压力为200～300mbar、温度为900～950℃以及通入流量为20～100L/min的氨气、40～200sccm的三甲基镓和200～2000sccm的二茂镁的条件下，生长厚度为50～200nm的掺杂镁的高温P型氮化镓层，其中，镁掺杂浓度为1×1019～3×1019atoms/cm3。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113394077A (zh) * 2021-06-15 2021-09-14 上海璞徽机械设备有限公司 一种led外延晶层生产工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101212000A (zh) * 2006-12-29 2008-07-02 上海蓝光科技有限公司 发光二极管器件结构及其制作方法
CN101521258A (zh) * 2009-03-27 2009-09-02 武汉华灿光电有限公司 一种提高发光二极管外量子效率的方法
CN102412351A (zh) * 2011-10-27 2012-04-11 华灿光电股份有限公司 提高ESD的复合n-GaN层结构的制备方法
CN103824908A (zh) * 2014-03-12 2014-05-28 合肥彩虹蓝光科技有限公司 一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法
CN109860359A (zh) * 2018-11-26 2019-06-07 华灿光电（浙江）有限公司 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101212000A (zh) * 2006-12-29 2008-07-02 上海蓝光科技有限公司 发光二极管器件结构及其制作方法
CN101521258A (zh) * 2009-03-27 2009-09-02 武汉华灿光电有限公司 一种提高发光二极管外量子效率的方法
CN102412351A (zh) * 2011-10-27 2012-04-11 华灿光电股份有限公司 提高ESD的复合n-GaN层结构的制备方法
CN103824908A (zh) * 2014-03-12 2014-05-28 合肥彩虹蓝光科技有限公司 一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法
CN109860359A (zh) * 2018-11-26 2019-06-07 华灿光电（浙江）有限公司 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113394077A (zh) * 2021-06-15 2021-09-14 上海璞徽机械设备有限公司 一种led外延晶层生产工艺
CN113394077B (zh) * 2021-06-15 2022-10-14 纬翔华创(山东)智能电子科技有限公司 一种led外延晶层生产工艺

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