Led外延層生長(zhǎng)方法及l(fā)ed外延層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種LED外延層生長(zhǎng)方法及LED外延層，生長(zhǎng)P型GaN層步驟為：A、在溫度為900-950℃，反應(yīng)腔壓力在200-600mbar的反應(yīng)室內(nèi)，通入NH3、Cp2Mg，關(guān)閉TMGa，做10-20秒摻Mg預(yù)處理；B、通入TMGa，關(guān)掉Cp2Mg，生長(zhǎng)20-40秒GaN層，GaN厚度為5-10nm；重復(fù)步驟A、B10-20次，直至P型GaN層的總厚度為80-200nm。本申請(qǐng)使用delta摻雜生長(zhǎng)p型GaN層，改善p型GaN層的結(jié)晶質(zhì)量降低位錯(cuò)密度，提高P-GaN空穴濃度及其遷移率，為L(zhǎng)ED器件發(fā)光有源區(qū)提供更多的空穴-電子對(duì)，提高復(fù)合幾率，提升亮度，從而改善LED器件的光電性能。
【專利說明】LED外延層生長(zhǎng)方法及LED外延層
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及LED外延設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別地，涉及一種使用delta摻雜的方法生長(zhǎng)P型GaN層的LED外延層生長(zhǎng)方法及LED外延層。
【背景技術(shù)】
[0002]LED被廣泛應(yīng)用在顯示屏、傳感器、通訊、照明等廣泛領(lǐng)域。作為核心半導(dǎo)體器件的GaN基藍(lán)光LED能與熒光粉結(jié)合制造白光，在照明方面有很大的吸引力。
[0003]摻Mg = GaN材料(P-GaN)已經(jīng)被廣泛應(yīng)該在GaN基發(fā)光二極管(LED)產(chǎn)品上，為了不破壞有源層的InGaN材料，P型GaN層一般在較低溫度下生長(zhǎng)，導(dǎo)致其晶體質(zhì)量下降，補(bǔ)償效應(yīng)加重，致使LED器件電壓上升、亮度下降、抗靜電能力(ESD)變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種使用delta摻雜的方法生長(zhǎng)P型GaN層的LED外延層生長(zhǎng)方法及制得的LED外延層，以提高P-GaN空穴濃度及其遷移率，從而改善LED器件的光電性能。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，一種LED外延層生長(zhǎng)方法，依次包括處理襯底、生長(zhǎng)低溫緩沖GaN層、生長(zhǎng)非摻雜GaN層、生長(zhǎng)摻Si的GaN層、生長(zhǎng)有源層MQW、生長(zhǎng)P型AlGaN層、生長(zhǎng)P型GaN層步驟，
[0006]所述生長(zhǎng)P型GaN層步驟為:
[0007]A、在溫度為900-950 V，反應(yīng)腔壓力在200-600mbar的反應(yīng)室內(nèi)，通入30000-45000sccm 的 NH3、600_1800sccm 的 Cp2Mg,關(guān)閉 TMGa，做 10-20 秒摻 Mg 預(yù)處理；
[0008]B、通入 20-60sccm 的 TMGa，關(guān)掉 Cp2Mg，生長(zhǎng) 20-40 秒 GaN，GaN 厚度為 5-lOnm，
[0009]重復(fù)步驟A、B10-20次，直至P型GaN層的總厚度為80_200nm ；
[0010]Mg 的慘雜濃度 lE+19_lE+20atom/cm3。
[0011]優(yōu)選的，所述生長(zhǎng)P型GaN層步驟之后包括生長(zhǎng)低溫?fù)芥VInGaN層:
[0012]溫度650-680°C，反應(yīng)腔壓力維持在 300_500mbar，通入 NH3、TMGa、TMIn 和 Cp2Mg，持續(xù)生長(zhǎng)2-5nm的低溫?fù)芥VInGaN層；Mg的摻雜濃度lE+20-lE+21atom/cm3。
[0013]優(yōu)選的，所述生長(zhǎng)有源層MQW步驟為:
[0014]反應(yīng)腔壓力維持在300_400mbar，
[0015]C、降溫至 700-750°C，生長(zhǎng)厚度為 2.5-3.2nm 的 InxGa(1_x)N 阱層，x = 0.015-0.25，In的慘雜濃度為1E+20至5E+20atom/cm3 ；
[0016]D、升高溫度至800-850°C，生長(zhǎng)厚度為8_12nm的GaN壘層；
[0017]重復(fù)生長(zhǎng)步驟C和D，制得周期數(shù)為10-15的InxGa(1_x)N/GaN超晶格量子阱層。
[0018]本發(fā)明還公開了上述的LED外延層生長(zhǎng)方法制得的LED外延層，包括delta摻雜P型GaN層，所述delta摻雜P型GaN層的總厚度為80_200nm:
[0019]GaN 厚度為 5-lOnm, Mg 的慘雜濃度 lE+19_lE+20atom/cm3。[0020]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]傳統(tǒng)的P-GaN生長(zhǎng)是同時(shí)通入Ga源和Mg源實(shí)現(xiàn)，在生長(zhǎng)過程中，Mg原子取代GaN形成Ga-N-Mg-N-Ga堆垛位錯(cuò)，隨著摻Mg = GaN持續(xù)生長(zhǎng)，位錯(cuò)不斷延伸并增多，導(dǎo)致GaN表面平整性變差，影響LED器件的光電特性。
[0022]本申請(qǐng)使用delta摻雜生長(zhǎng)p型GaN層，摻雜生長(zhǎng)過程中，Mg的摻入是在GaN的中斷期間完成的，Ga-N-Mg-N-Ga堆垛位錯(cuò)不易蔓延，而隨后GaN生長(zhǎng)過程中沒有Mg雜質(zhì)的引入，堆垛位錯(cuò)不會(huì)繼續(xù)蔓延、也不會(huì)形成新的堆垛位錯(cuò)，改善P型GaN層的結(jié)晶質(zhì)量降低位錯(cuò)密度，減少自補(bǔ)償效應(yīng)，提高P-GaN空穴濃度及其遷移率，為L(zhǎng)ED器件發(fā)光有源區(qū)提供更多的空穴-電子對(duì)，提高復(fù)合幾率，提升亮度，從而改善LED器件的光電性能。
[0023]并且，本發(fā)明制備的P型GaN層的PR值高，說明GaN表面相當(dāng)平整，P型GaN層與ITO的接觸良好，有利于LED器件P電極的電流擴(kuò)散，降低了 LED器件的工作電壓。另外，本發(fā)明制備的P-GaN層缺陷密度小、晶體質(zhì)量高，提高了 LED器件的抗靜電能力(ESD)。
[0024]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0026]圖1是本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明實(shí)施例與對(duì)比實(shí)施例的PR值對(duì)比圖；
[0029]圖4是本發(fā)明實(shí)施例與對(duì)比實(shí)施例的ESD對(duì)比圖；
[0030]圖5是本發(fā)明實(shí)施例與對(duì)比實(shí)施例的亮度對(duì)比圖；
[0031]圖6是本發(fā)明實(shí)施例與對(duì)比實(shí)施例的電壓對(duì)比圖；
[0032]其中，1、襯底，2、低溫緩沖GaN層，3、非摻雜GaN層，4、摻Si的GaN層，5,MQff有源層，6、P 型 AlGaN 層，7、P 型 GaN 層，8、InGaN 接觸層，9、delta 摻雜 P 型 GaN 層。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0034]以下分別說明采用以現(xiàn)有傳統(tǒng)方法制備樣品I的對(duì)比實(shí)施例一，和采用本發(fā)明生長(zhǎng)方法制備樣品2的實(shí)施例一，再將兩種方法得到樣品I和樣品2進(jìn)行性能檢測(cè)比較。
[0035]對(duì)比實(shí)施例一、
[0036]參見圖1，本發(fā)明運(yùn)用MOCVD來生長(zhǎng)高亮度GaN基LED外延片。采用高純H2或高純N2或高純H2和高純N2的混合氣體作為載氣，高純NH3作為N源，金屬有機(jī)源三甲基鎵(TMGa)作為鎵源，三甲基銦(TMIn)作為銦源，N型摻雜劑為硅烷(SiH4)，三甲基鋁(TMAl)作為鋁源，P型摻雜劑為二茂鎂(CP2Mg)，襯底為(0001)面藍(lán)寶石，反應(yīng)壓力在IOOmbar到800mbar之間。
[0037]1、在1000-1100°C，反應(yīng)腔壓力維持在150_200mbar的氫氣氣氛下高溫處理藍(lán)寶石襯底5-10分鐘；
[0038]2、降溫至550-750°C下，反應(yīng)腔壓力維持在300-600mbar，通入NH3和TMGa，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)厚度為30-60nm的低溫緩沖層GaN ；
[0039]3、升高溫度到1100-1300°C下，反應(yīng)腔壓力維持在200-400mbar，通入NH3和TMGa，持續(xù)生長(zhǎng)2-4 μ m的非摻雜GaN ；
[0040]4、通入NH3、TMGa和SiH4,持續(xù)生長(zhǎng)摻雜Si的N型GaN，Si摻雜濃度5E+18-lE+19atom/cm3,總厚度控制在 2-4 μ m ；
[0041]5、周期性生長(zhǎng)有源層MQW，反應(yīng)腔壓力維持在300-400mbar，低溫700_750°C，通入NH3、TEGa 和 TMIn，生長(zhǎng)摻雜 In 的 2.8-3.5nm 的 InxGa(1_x)N(x = 0.15-0.25)層，In 的摻雜濃度為 lE+20-3E+20atom/cm3，高溫 800_850°C通入NH3和 TEGa，生長(zhǎng) IO-1SnmGaN層，InxGa(Lx)N/GaN周期數(shù)為10-12 ；
[0042]6、再升高溫度到900-1000°C，反應(yīng)腔壓力維持在200-300mbar，通入NH3、TMGa、TMAl 和 Cp2Mg,持續(xù)生長(zhǎng) 20-50nm 的 P 型 AlGaN 層，Al 的摻雜濃度 lE+20-3E+20atom/cm3，Mg的慘雜濃度 5E+18_lE+19atom/cm3 ；
[0043]7、再升高溫度到1000-1100°C，反應(yīng)腔壓力維持在600_900mbar，通入NH3、TMGa和Cp2Mg，持續(xù)生長(zhǎng)100-200nm的摻鎂的P型GaN層，Mg的摻雜濃度lE+19-lE+20atom/cm3 ；
[0044]8、最后將反應(yīng)室壓力控制在400-600mbar，降溫至700-800°C，保溫10_20min，接著爐內(nèi)冷卻。
[0045]實(shí)施例一、
[0046]參見圖2，本發(fā)明運(yùn)用AixtronMOCVD來生長(zhǎng)高亮度GaN基LED外延片。采用高純H2或高純N2或高純H2和高純N2的混合氣體作為載氣，高純NH3作為N源，金屬有機(jī)源三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)作為鎵源，三甲基銦(TMIn)作為銦源，N型摻雜劑為硅烷(SiH4),三甲基鋁(TMAl)作為鋁源，P型摻雜劑為二茂鎂(CP2Mg),襯底為(0001)面藍(lán)寶石，反應(yīng)壓力在IOOmbar到800mbar之間。
[0047]一種LED外延層生長(zhǎng)方法，依次包括處理襯底、生長(zhǎng)低溫緩沖GaN層、生長(zhǎng)非摻雜GaN層、生長(zhǎng)摻Si的GaN層、生長(zhǎng)有源層MQW、生長(zhǎng)P型Al InGaN層、生長(zhǎng)P型GaN層步驟，其操作方式為:
[0048]1、將藍(lán)寶石襯底放置于MOCVD反應(yīng)室里，在溫度在1000-1300°C、反應(yīng)腔壓力維持在50-150mbar的H2氣氛下，高溫處理藍(lán)寶石襯底5_10分鐘，如圖二 I層；
[0049]2、待高溫處理完，反應(yīng)室降溫至550-650 °C范圍內(nèi)，通入TMGa和NH3,壓力控制在600mbar-900mbar，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)厚度為20_50nm厚的低溫緩沖層GaN，如圖二 2層；
[0050]3、升高溫度至1000-1200°C，反應(yīng)腔壓力維持在150_600mbar，在低溫緩沖層上生長(zhǎng)厚度為2-4um的非摻雜GaN層，如圖二 3層；
[0051]4、通入TMGa和NH3、SiH4，在圖一 3層上生長(zhǎng)厚度為2-4um的摻Si的N型GaN層，摻雜濃度控制在5E+18-2E+19atom/cm3，如圖二 4層；
[0052]5、周期性生長(zhǎng)有緣層MQW ;壓力控制在300mbar-400mbar，(I)降溫至700-750°C，生長(zhǎng)厚度為2.5-3.2nm的InxGa(1_x)N(x = 0.015-0.25)阱層，In的摻雜濃度為1E+20至5E+20atom/cm3 ； (2)升高溫度至800_850°C，生長(zhǎng)厚度為8_12nm的GaN壘層；重復(fù)生長(zhǎng)步驟
(I)和(2)，制得周期數(shù)為10-15的InxGa(1_x)N/GaN超晶格量子阱層；如圖二 5層；[0053]6、升高溫度到800-900°C，反應(yīng)腔壓力維持在200_400mbar，持續(xù)生長(zhǎng)20_50nm的P 型 AlGaN 層，Al 摻雜濃度 lE+20-3E+20atom/cm3，Mg 摻雜濃度 5E+18_lE+19atom/cm3 ；
[0054]7、再升高溫度到900-950 °C，反應(yīng)腔壓力維持在200_600mbar，⑴通入30000-45000sccm 的 NH3、600_1800sccm 的 CP2Mg,并關(guān)掉 TMGa 做 10-20 秒摻 Mg 預(yù)處理，
(2)然后關(guān)掉CP2Mg,通入20-60sccm的TMGa，生長(zhǎng)20-40秒GaN，其厚度控制在5_10nm，重復(fù)步驟⑴和⑵生長(zhǎng)10-20次，制得總厚度為80-200nm的P型GaN層，Mg的摻雜濃度為lE+19-lE+20atom/cm3；
[0055]本步驟中，TMGa的關(guān)閉與CP2Mg的通入可以同時(shí)進(jìn)行，CP2Mg的關(guān)閉與TMGa的通入也可以同時(shí)進(jìn)行。
[0056]8、降溫至650-680°C時(shí)生長(zhǎng)厚度為2_5nm的低溫?fù)芥VInGaN層，Mg的摻雜濃度為1E20 ~lE21atom/cm3；
[0057]9、升溫至700-800°C，壓力保持在600_800mbsr，在N2氣氛下活化20-30分鐘，接
著爐內(nèi)冷卻。
[0058]然后，采用對(duì)比實(shí)施例一描述的方法制備樣品1，采用實(shí)施例一描述的方法制備樣品2 ;樣品I和樣品2在相同的前工藝條件下鍍ITO層2300約埃，相同的條件下鍍Cr/Pt/Au電極約1500埃，相同的條件下鍍保護(hù)層SiOd^ 500埃，然后在相同的條件下將樣品研磨切割成762 μ m*762 μ m(30mi*30mil)的芯片顆粒，然后樣品I和樣品2在相同位置各自挑選150顆晶粒，在相同的封裝工藝下，封裝成白光LED。然后采用積分球在驅(qū)動(dòng)電流350mA條件下測(cè)試樣品I和樣品2的光電性能。
[0059]將積分球獲得的光電性能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，對(duì)比結(jié)果請(qǐng)參考附圖三至圖六，具體數(shù)值可參見下表一。
[0060]表一樣品I與樣品2的光電性能參數(shù)對(duì)比表
[0061]
【權(quán)利要求】
1.一種LED外延層生長(zhǎng)方法，其特征在于，依次包括處理襯底、生長(zhǎng)低溫緩沖GaN層、生長(zhǎng)非摻雜GaN層、生長(zhǎng)摻Si的GaN層、生長(zhǎng)有源層MQW、生長(zhǎng)P型AlGaN層、生長(zhǎng)P型GaN層步驟， 所述生長(zhǎng)P型GaN層步驟為: A、在溫度為900-950V，反應(yīng)腔壓力在200-600mbar的反應(yīng)室內(nèi)，通入30000-45000sccm 的 NH3、600_1800sccm 的 Cp2Mg,關(guān)閉 TMGa，做 10-20 秒摻 Mg 預(yù)處理； B、通入20-60sccm 的 TMGa，關(guān)掉 Cp2Mg,生長(zhǎng) 20-40 秒 GaN，GaN 厚度為 5-lOnm， 重復(fù)步驟A、B10-20次，直至P型GaN層的總厚度為80_200nm ； Mg 的慘雜濃度 lE+19_lE+20atom/cm3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED外延層生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述生長(zhǎng)P型GaN層步驟之后包括生長(zhǎng)低溫?fù)芥VInGaN層: 溫度650-680°C，反應(yīng)腔壓力維持在300-500mbar，通入NH3、TMGa、TMIn和Cp2Mg,持續(xù)生長(zhǎng)2-5nm的低溫?fù)芥VInGaN層；Mg的摻雜濃度lE+20-lE+21atom/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED外延層生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述生長(zhǎng)有源層MQW步驟為: 反應(yīng)腔壓力維持在300-400mbar，
C、降溫至700-750°C，生長(zhǎng)厚度為 1.5-3.2nm 的 InxGa(1_x)N 阱層，x = 0.015-0.25，In的摻雜濃度為1E+20至5E+20atom/cm3 ； D、升高溫度至800-850°C，生長(zhǎng)厚度為8-12nm的GaN壘層； 重復(fù)生長(zhǎng)步驟C和D，制得周期數(shù)為10-15的InxGa(1_x)N/GaN超晶格量子阱層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的LED外延層生長(zhǎng)方法制得的LED外延層，其特征在于，在P型AlGaN層和InGaN接觸層之間包括delta摻雜P型GaN層，所述delta摻雜P型GaN層的總厚度為80-200nm:
GaN 厚度為 5_10nm, Mg 的慘雜濃度 lE+19_lE+20atom/cm3。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103996759SQ201410263498
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】農(nóng)明濤 申請(qǐng)人:湘能華磊光電股份有限公司