提高led發(fā)光效率的外延生長方法
【專利摘要】本申請公開了一種提高LED發(fā)光效率的外延生長方法，依次包括：處理襯底、生長低溫緩沖層GaN、生長不摻雜GaN層、生長摻雜Si的N型GaN層、生長發(fā)光層、生長P型AlGaN層、生長摻雜Mg的P型GaN層，降溫冷卻，尤其是，在所述生長摻雜Si的N型GaN層之后、所述生長發(fā)光層之前，還包括生長應(yīng)力釋放層。如此方案，在傳統(tǒng)生長方法基礎(chǔ)上加入應(yīng)力釋放層的生長，即InN/GaN/Si3N4超晶格層的生長，有利于提升LED的發(fā)光效率。
【專利說明】
提高LED發(fā)光效率的外延生長方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本申請涉及LED外延設(shè)計應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種提高LED發(fā)光效率的 外延生長方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前LED(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管）是一種固體照明，體積小、耗電量 低使用壽命長高亮度、環(huán)保、堅固耐用等優(yōu)點受到廣大消費者認(rèn)可，國內(nèi)生產(chǎn)LED的規(guī)模也 在逐步擴(kuò)大;市場上對LED亮度和光效的需求與日倶增，如何生長更好的外延片日益受到重 視，因為外延層晶體質(zhì)量的提高，LED器件的性能可以得到提升，LED的發(fā)光效率、壽命、抗老 化能力、抗靜電能力、穩(wěn)定性會隨著外延層晶體質(zhì)量的提升而提升。
[0003] 目前國內(nèi)LED行業(yè)正在蓬勃的發(fā)展，LED產(chǎn)品具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長等優(yōu)點，目前 生長LED外延工藝方面主要是不斷通過改善外延片的晶體質(zhì)量來不斷提高LED器件的性能。
[0004] 傳統(tǒng)LED外延層的生長方法為(外延層結(jié)構(gòu)參見圖2):
[0005] 1、在1000°C-1100°C的H2氣氛下，通入100L/min-130L/min的H2,保持反應(yīng)腔壓力 100mbar-300mbar，處理藍(lán)寶石襯底 8min-10min。
[0006] 2、降溫至500-600°C下，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-600mbar，通入流量為 100008(：〇11-200008(3〇]1的順3、508(3〇11-1008(3〇]1的1]\^&、1001^/111；[11-1301^/111；[11的!12、在藍(lán)寶石襯 底上生長厚度為20nm-40nm的低溫緩沖層GaN0
[0007] 3、升高溫度到1000 °C-1200°C，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-600mbar，通入流量為 30000 sccm_40000sccm( seem 為標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘）的 NH3、200 s ccm-400 seem 的 TMGa、100L/ min_130L/min的H2、持續(xù)生長2μηι-4μηι的不摻雜GaN層。
[0008] 4、保持反應(yīng)腔壓力、溫度不變，通入流量為30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm 的TMGa、100L/min_130L/min的H2、20sccm_50sccm的 SiH4,持續(xù)生長3μηι-4μηι慘雜Si 的 N型GaN，Si 摻雜濃度 5E19atoms/cm3-lE20atoms/cm3(5E19 代表 5 的 19次方，也就是 519， 1E20代表102°，以下表示方式以此類推）。
[0009] 5、保持反應(yīng)腔壓力、溫度不變，通入流量為30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm 的 TMGa、1001^/111；[11-1301^/111；[11的!12、28(3011-108(30]1的3;[!14，持續(xù)生長20011111-400111]1慘雜 Si的N型GaN，Si慘雜濃度5E18atoms/cm3-lE19atoms/cm3。
[0010] 6、保持反應(yīng)腔壓力 300mbar-400mbar、溫度 70(TC-75(TC，通入流量為 50000sccm-70000sccn^9NH3、20sccm-40sccn^9TMGa、1500sccm-2000sccn^9TMIn、100L/min-130L/min 的 N2，生長摻雜In的2 · 5nm-3 · 5nm 的 InxGa(1-X)N層，x = 0 · 20-0 · 25，發(fā)光波長450nm-455nm;接 著升高溫度至750°C-850°C，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-400mbar，通入流量為50000sccm-700008(3〇11的順3、208(3〇11-1008(3〇]1的1]\^&、1001^/111；[11-1301^/111；[11的他，生長811111-15111]1的6&1^層； 重復(fù)In xGa(1-X)N的生長，然后重復(fù)GaN的生長，交替生長InxGa (1-x)N/GaN發(fā)光層，控制周期數(shù) 為7-15個。
[0011] 7、保持反應(yīng)腔壓力 200mbar-400mbar、溫度900°C-950°C，通入流量為 50000sccm- 70000sccn^9NH3、30sccm-60sccn^9TMGa、100L/min-130L/mir^9H2、100sccm-130sccn^9 TMAl、1000sccm-1300sccm的 Cp2Mg，持續(xù)生長50nm-100nm 的 P型 AlGaN 層，A1 摻雜濃度 lE20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg 慘雜濃度 lE19atoms/cm3-lE20atoms/cm3〇
[0012] 8、保持反應(yīng)腔壓力 400mbar-900mbar、溫度950°C-1000°C，通入流量為 50000sccm-70000sccn^9NH3、20sccm-100sccn^9TMGa、100L/min-130L/mir^9H2、1000sccm-3000sccn^9 Cp2Mg，持續(xù)生長50nm-100nm的慘 Mg 的 P 型GaN 層，Mg 慘雜濃度 lE19atoms/cm3-lE20atoms/ cm3。
[0013] 9、最后降溫至650°C_680°C，保溫20min-30min，接著關(guān)閉加熱系統(tǒng)、關(guān)閉給氣系 統(tǒng)，隨爐冷卻。
[0014] 傳統(tǒng)方法制作的LED亮度和光效是有限的，市場上對LED亮度和光效的需求與日倶 增，因此，如何生長發(fā)光效率更高的LED外延片日益受到重視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 有鑒于此，本申請所要解決的技術(shù)問題是提供了一種提高LED發(fā)光效率的外延生 長方法，在傳統(tǒng)生長方法基礎(chǔ)上加入應(yīng)力釋放層的生長，即InN/GaN/Si 3N4超晶格層的生長， 有利于提升LED的發(fā)光效率。
[0016] 為了解決上述技術(shù)問題，本申請有如下技術(shù)方案：
[0017] 一種提高LED發(fā)光效率的外延生長方法，依次包括：處理襯底、生長低溫緩沖層 GaN、生長不摻雜GaN層、生長摻雜Si的N型GaN層、生長發(fā)光層、生長P型AlGaN層、生長摻雜Mg 的P型GaN層，降溫冷卻，其特征在于，
[0018] 在所述生長摻雜Si的N型GaN層之后、所述生長發(fā)光層之前，還包括生長應(yīng)力釋放 層，
[0019] 所述生長應(yīng)力釋放層，進(jìn)一步為：
[0020] 保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850。〇950Γ，通入流量為70000sccm-80000sccn^9NH3、40sccm-50sccn^9TMGa、10sccm-13sccn^9SiH4、2000sccm-2500sccn^9 TMIn、130L/min-140L/min 的 N2，周期性生長 InN/GaN/Si3N4 超晶格層，進(jìn)一步為：
[0021] 保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850 °C-950°C，通入流量為70000sccm-80000sccm 的 NH3、40sccm_50sccm 的 TMGa、10sccm_13sccm 的 SiH4、130L/min_140L/min 的 N2， 生長 50nm-70nm 慘雜 Si 的 GaN 層，Si 的慘雜濃度為 5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3;
[0022] 保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850 °C_950°C，通入流量為70000sccm-80000sccm 的 NH3、10sccm_13sccm 的 SiH4、2000sccm_2500sccm 的 TMIn、130L/min_140L/min的 N2，生長 5nm_8nm 慘雜 Si 的 InN 層，Si 的慘雜濃度為 5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3;
[0023] 保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850 °C_950°C，通入流量為70000sccm-80000sccm 的 NH3、100L/min-130L/min 的 H2、10sccm 的 SiH4,生長 10nm-15nm 的 Si3N4 層。
[0024] 優(yōu)選地，其中：
[0025] 所述處理襯底，進(jìn)一步為：在1000°C-1100°C的H2氣氛下，通入100L/min-130L/min 的H2，保持反應(yīng)腔壓力100mbar-300mbar，處理藍(lán)寶石襯底8min_10min。
[0026] 優(yōu)選地，其中：
[0027]所述生長低溫緩沖層GaN，進(jìn)一步為：
[0028] 降溫至500°C-600°C，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-600mbar，通入流量為lOOOOsccm-200008(3〇11的順3、508(3〇11-1008(3〇]1的1]\^^、1001^/111；[11-1301^/111；[11的!12、在藍(lán)寶石襯底上生長厚 度為20nm _40nm的低溫緩沖層GaN0
[0029] 優(yōu)選地，其中：
[0030] 所述生長不摻雜GaN層，進(jìn)一步為：
[0031] 升高溫度到1000°C-1200°C，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-600mbar，通入流量為 30000sccm-40000sccm 的 NH3、200sccm-400sccm 的 TMGa、100L/min-130L/min 的 H2、持續(xù)生長 2 μηι-4μηι的不摻雜GaN層。
[0032] 優(yōu)選地，其中：
[0033] 所述生長摻雜Si的N型GaN層，進(jìn)一步為：
[0034] 保持反應(yīng)腔壓力、溫度不變，通入流量為30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm- 400sccm 的TMGa、100L/min_130L/min的H2、20sccm_50sccm的 SiH4,持續(xù)生長3μηι-4μηι慘雜Si 的 N型GaN，Si 慘雜濃度 5E19atoms/cm3-lE20atoms/cm3;
[0035] 保持反應(yīng)腔壓力、溫度不變，通入流量為30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm_ 400sccm 的 TMGa、1001^/111；[11-1301^/111；[11的!12、28(3011-108(30]1的3;[!14，持續(xù)生長20011111-400111]1慘雜 Si的N型GaN，Si慘雜濃度5E18atoms/cm3-lE19atoms/cm3。
[0036] 優(yōu)選地，其中：
[0037]所述生長發(fā)光層，進(jìn)一步為：
[0038] 保持反應(yīng)腔壓力 300mbar-400mbar、溫度 70(TC-75(TC，通入流量為 50000sccm-70000sccn^9NH3、20sccm-40sccn^9TMGa、1500sccm-2000sccn^9TMIn、100L/min-130L/min 的 N2，生長摻雜In的 2 · 5nm-3 · 5nm 的 InxGa(i-X)N層，x = 0 · 20-0 · 25，發(fā)光波長450nm-455nm;
[0039] 接著升高溫度至750°C_850°C，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-400mbar，通入流量為 500008(：〇11-700008(3〇]1的順3、208(3〇11-1008(3〇]1的1]\^&、1001^/111；[11-1301^/111；[11的犯，生長811111-15nm 的 GaN 層；
[0040] 重復(fù)InxGa(1-x)N的生長，然后重復(fù)GaN的生長，交替生長In xGa(1-x)N/GaN發(fā)光層，控 制周期數(shù)為7-15個。
[0041] 優(yōu)選地，其中：
[0042] 所述生長P型AlGaN層，進(jìn)一步為：
[0043] 保持反應(yīng)腔壓力 200mbar-400mbar、溫度 900°C-950°C，通入流量為 50000sccm-70000sccn^9NH3、30sccm-60sccn^9TMGa、100L/min-130L/mir^9H2、100sccm-130sccn^9 TMAl、1000sccm-1300sccm的 Cp2Mg，持續(xù)生長50nm-100nm 的 P型 AlGaN 層，A1 摻雜濃度 lE20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg 慘雜濃度 lE19atoms/cm3-lE20atoms/cm3〇
[0044] 優(yōu)選地，其中：
[0045] 所述生長摻Mg的P型GaN層，進(jìn)一步為：
[0046] 保持反應(yīng)腔壓力 400mbar-900mbar、溫度 950°C-1000°C，通入流量為 50000sccm-70000sccn^9NH3、20sccm-100sccn^9TMGa、100L/min-130L/mir^9H2、1000sccm-3000sccn^9 Cp2Mg，持續(xù)生長50nm-100nm的慘 Mg 的 P 型GaN 層，Mg 慘雜濃度 lE19atoms/cm3-lE20atoms/ cm3。
[0047] 優(yōu)選地，其中：
[0048] 所述降溫冷卻，進(jìn)一步為：降溫至650 °C_680°C，保溫20min-30min，接著關(guān)閉加熱 系統(tǒng)、關(guān)閉給氣系統(tǒng)，隨爐冷卻。
[0049] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請所述的方法，達(dá)到了如下效果：
[0050] 第一、本發(fā)明提高LED發(fā)光效率的外延生長方法中，引入了應(yīng)力釋放層，即InN/ GaN/Si3N4超晶格層，有效釋放了生長的發(fā)光層內(nèi)部的應(yīng)力，提高了生長發(fā)光層的步驟中空 穴和電子的復(fù)合效率，提高了內(nèi)部量子效率。
[0051 ]第二、本發(fā)明提高LED發(fā)光效率的外延生長方法中，引入InN/GaN/Si3N4超晶格層， 使得生長摻雜Si的N型GaN層中，nGaN晶格常數(shù)逐步放大，通過該超晶格單元生長后，InN/ GaN/Si3N4超晶格層常數(shù)接近于InGaN/GaN晶格常數(shù)，為InN/GaN/Si3N4超晶格層的和發(fā)光層 的生長創(chuàng)造很好的條件。
【附圖說明】
[0052]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申 請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0053] 圖1為本發(fā)明實施例1和實施例2中LED外延層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054] 圖2為【背景技術(shù)】和對比實施例1中LED外延層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055] 其中，1、襯底，2、緩沖層GaN，3、U型GaN，4、摻雜Si的6&15、3刷4,6、摻雜3丨的6&1 7、摻雜 Si的11^，8、11^，9、11^￡3(130，1〇、卩型厶163111、高溫?型631567、應(yīng)力釋放層，89、 發(fā)光層。
【具體實施方式】
[0056] 如在說明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 可理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權(quán)利要求并不以名 稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在通 篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的"包含"為一開放式用語，故應(yīng)解釋成"包含但不限定 于"。"大致"是指在可接收的誤差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所述 技術(shù)問題，基本達(dá)到所述技術(shù)效果。此外，"耦接"一詞在此包含任何直接及間接的電性耦接 手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性耦 接于所述第二裝置，或通過其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說明書 后續(xù)描述為實施本申請的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本申請的一般原則為目的， 并非用以限定本申請的范圍。本申請的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
[0057] 實施例1
[0058] 本發(fā)明運用M0CVD來生長高亮度GaN基LED外延片。采用高純H2或高純N2或高純H 2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)，三甲基銦 (TMIn)作為銦源，N型摻雜劑為硅烷(SiH4)，三甲基鋁(TMA1)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70mbar到900mbar之間。具體生長方式如下 (外延結(jié)構(gòu)請參考圖1):
[0059]本發(fā)明提供一種提高LED發(fā)光效率的外延生長方法，依次包括:處理襯底、生長低 溫緩沖層GaN、生長不摻雜GaN層、生長摻雜Si的N型GaN層、生長發(fā)光層、生長P型AlGaN層、生 長摻雜Mg的P型GaN層，降溫冷卻，
[0060] 在所述生長摻雜Si的N型GaN層之后、所述生長發(fā)光層之前，還包括生長應(yīng)力釋放 層，
[0061]上述生長應(yīng)力釋放層進(jìn)一步為：
[0062] 保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850。〇950Γ，通入流量為70000sccm-80000sccn^9NH3、40sccm-50sccn^9TMGa、10sccm-13sccn^9SiH4、2000sccm-2500sccn^9 TMIn、130L/min-140L/min 的 N2，周期性生長 InN/GaN/Si3N4 超晶格層，進(jìn)一步為：
[0063] 保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850。〇950Γ，通入流量為70000sccm-80000sccm 的 NH3、40sccm_50sccm 的 TMGa、10sccm_13sccm 的 SiH4、130L/min_140L/min 的 N2， 生長 50nm-70nm 慘雜 Si 的 GaN 層，Si 的慘雜濃度為 5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3;
[0064] 保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850 °C_950°C，通入流量為70000sccm-80000sccm 的 NH3、10sccm_13sccm 的 SiH4、2000sccm_2500sccm 的 TMIn、130L/min_140L/min的 N2，生長 5nm_8nm 慘雜 Si 的 InN 層，Si 的慘雜濃度為 5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3;
[0065] 保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850。〇950°C，通入流量為70000sccm-80000sccm 的 NH3、100L/min-130L/min 的 H2、10sccm 的 SiH4,生長 10nm-15nm 的 Si3N4 層。
[0066] 本專利發(fā)明的重點在于引入InN/GaN/Si3N4超晶格層，有效的釋放生長的發(fā)光層內(nèi) 部的應(yīng)力，提高發(fā)光層空穴和電子的復(fù)合效率，提高內(nèi)部量子效率;InN/GaN/Si 3N4超晶格層 的引入讓nGaN晶格常數(shù)逐步放大，通過該超晶格單兀生長后，InN/GaN/Si3N4超晶格層的晶 格常數(shù)接近于InGaN/GaN晶格常數(shù)，為后續(xù)的生長創(chuàng)造很好的條件。
[0067] 實施例2
[0068] 本實施例運用M0CVD來生長高亮度GaN基LED外延片。采用高純H2或高純N 2或高純H2 和高純N2的混合氣體作為載氣，高純NH3作為咐原，金屬有機(jī)源三甲基鎵（TMGa)，三甲基銦 (TMIn)作為銦源，N型摻雜劑為硅烷(SiH4)，三甲基鋁(TMA1)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70mbar到900mbar之間。具體生長方式如下 (外延結(jié)構(gòu)請參考圖1):
[0069] 1、在1000°C-1100°C的H2氣氛下，通入100L/min-130L/min的H 2,保持反應(yīng)腔壓力 100mbar-300mbar，處理藍(lán)寶石襯底 8min-10min。
[0070] 2、降溫至500°C-600°C，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-600mbar，通入流量為 100008(：〇11-200008(3〇]1的順3、508(3〇11-1008(3〇]1的1]\^&、1001^/111；[11-1301^/111；[11的!12、在藍(lán)寶石襯 底上生長厚度為20nm-40nm的低溫緩沖層GaN0
[0071] 3、升高溫度到1000 °C-1200°C，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-600mbar，通入流量為 30000sccm-40000sccm 的 NH3、200sccm-400sccm 的 TMGa、100L/min-130L/min 的 H2、持續(xù)生長 2 μηι-4μηι的不摻雜GaN層。
[0072] 4、保持反應(yīng)腔壓力、溫度不變，通入流量為300008(：〇11-600008(3〇]1的顯3、2008(3〇11-400sccm 的TMGa、100L/min_130L/min的H2、20sccm_50sccm的 SiH4,持續(xù)生長3μηι-4μηι慘雜Si 的N型GaN，Si摻雜濃度5E19atoms/cm3-lE20atoms/cm3(備注：1E20代表10的20次方也就是10 ~20,以此類推）。
[0073] 5、保持反應(yīng)腔壓力、溫度不變，通入流量為30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm- 400sccm 的 TMGa、1001^/111；[11-1301^/111；[11的!12、28(3011-108(30]1的3;[!14，持續(xù)生長20011111-400111]1慘雜 Si的N型GaN，Si慘雜濃度5E18atoms/cm3-lE19atoms/cm3。
[0074] 6·1、（1)保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850°C_950°C，通入流量為 70000sccm_80000sccm的NH3、40sccm_50sccm的TMGa、10sccm_13sccm 的 SiH4、130L/min_ 140L/min 的N2，生長 50nm-70nm 慘雜Si 的GaN 層，Si 的慘雜濃度為5E18atoms/cm3_8E18atoms/ cm3; (2)保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850°C_950°C，通入流量為70000sccm-80000sccm 的 NH3、10sccm_13sccm 的 SiH4、2000sccm_2500sccm 的 TMIn、130L/min_140L/min的 N2，生長5nm-8nm慘雜Si的InN層，Si的慘雜濃度為5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm 3;(3)保持 反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850°C-950°C，通入流量為30000sccm-40000sccm的NH 3、 100L/min-130L/min的 H2、lOsccm 的 SiH4,生長 10nm_15nm 的 Si3N4 層。
[0075] 6.2、保持反應(yīng)腔壓力30011^&1~40011^&1溫度700°(：-750°(：，通入流量為 50000sccm-70000sccn^9NH3、20sccm-40sccn^9TMGa、1500sccm-2000sccn^9TMIn、100L/ min-130L/min的N2，生長摻雜In的2 · 5nm-3 · 5nm的 InxGa(i-X)N層，x = 0 · 20-0 · 25，發(fā)光波長 450nm-455nm;接著升高溫度至750°C-850°C，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-400mbar，通入流量 為500008(：〇11-700008(3〇]1的順3、208(3〇11-1008(3〇]1的1]\^&、1001^/111；[11-1301^/111；[11的他，生長811111-15nm的GaN層;重復(fù)In xGa(i-X)N的生長，然后重復(fù)GaN的生長，交替生長InxGa(i- x)N/GaN發(fā)光 層，控制周期數(shù)為7-15個。
[0076] 7、保持反應(yīng)腔壓力20011^31~40011^3匕溫度900°(：-950°(：，通入流量為500008(^111-70000sccn^9NH3、30sccm-60sccn^9TMGa、100L/min-130L/mir^9H2、100sccm-130sccn^9 TMAl、1000sccm-1300sccm的 Cp2Mg，持續(xù)生長50nm-100nm 的 P型 AlGaN 層，A1 摻雜濃度 lE20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg 慘雜濃度 lE19atoms/cm3-lE20atoms/cm3〇
[0077] 8、保持反應(yīng)腔壓力40011^3廣90011^31、溫度950°(：-1000°(：，通入流量為500008(3〇11-70000sccn^9NH3、20sccm-100sccn^9TMGa、100L/min-130L/mir^9H2、1000sccm-3000sccn^9 Cp2Mg，持續(xù)生長50nm-100nm的慘 Mg 的 P 型GaN 層，Mg 慘雜濃度 lE19atoms/cm3-lE20atoms/ cm3。
[0078] 9、降溫至650°C_680°C，保溫20min-30min，接著關(guān)閉加熱系統(tǒng)、關(guān)閉給氣系統(tǒng)，隨 爐冷卻。
[0079] 本專利發(fā)明的重點在于6.1步引入1_/^1^/^必4超晶格層，有效的釋放6.2步生長 的發(fā)光層內(nèi)部的應(yīng)力，提高6.2步的空穴和電子的復(fù)合效率，提高內(nèi)部量子效率；InN/GaN/ Si3N4超晶格層的引入讓第5步nGaN晶格常數(shù)逐步放大，通過該超晶格單兀生長后，InN/GaN/ Si3N4超晶格層的晶格常數(shù)接近于InGaN/GaN晶格常數(shù)，為第六步生長創(chuàng)造很好的條件。
[0080] 實施例3
[0081] 以下提供對比實施例1，即傳統(tǒng)LED外延層的生長方法。
[0082] 傳統(tǒng)LED外延層的生長方法為(外延層結(jié)構(gòu)參見圖2):
[0083] 1、在1000°C-1100°C的H2氣氛下，通入100L/min-130L/min的H 2,保持反應(yīng)腔壓力 100mbar-300mbar，處理藍(lán)寶石襯底 8min-10min。
[0084] 2、降溫至500-600°C下，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-600mbar，通入流量為 100008(：〇11-200008(3〇]1的順3、508(3〇11-1008(3〇]1的1]\^&、1001^/111；[11-1301^/111；[11的!12、在藍(lán)寶石襯 底上生長厚度為20nm-40nm的低溫緩沖層GaN0
[0085] 3、升高溫度到1000 °C-1200°C，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-600mbar，通入流量為 300008(3(3111-400008(^111(8(3〇]1為標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘）的冊3、2008(3〇11-4008(3〇]1的1]\16&、1001^/ min_130L/min的H2、持續(xù)生長2μηι-4μηι的不摻雜GaN層。
[0086] 4、保持反應(yīng)腔壓力、溫度不變，通入流量為30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm- 400sccm 的TMGa、100L/min_130L/min的H2、20sccm_50sccm的 SiH4,持續(xù)生長3μηι-4μηι慘雜Si 的 N型GaN，Si 摻雜濃度 5E19atoms/cm3-lE20atoms/cm3(5E19 代表 5 的 19次方，也就是 519， 1E20代表102°，以下表示方式以此類推）。
[0087] 5、保持反應(yīng)腔壓力、溫度不變，通入流量為30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm- 400sccm 的 TMGa、1001^/111；[11-1301^/111；[11的!12、28(3011-108(30]1的3;[!14，持續(xù)生長20011111-400111]1慘雜 Si的N型GaN，Si慘雜濃度5E18atoms/cm3-lE19atoms/cm3。
[0088] 6、保持反應(yīng)腔壓力 300mbar-400mbar、溫度 70(TC-75(TC，通入流量為 50000sccm-70000sccn^9NH3、20sccm-40sccn^9TMGa、1500sccm-2000sccn^9TMIn、100L/min-130L/min 的 N2，生長摻雜In的2 · 5nm-3 · 5nm 的 InxGa(1-X)N層，x = 0 · 20-0 · 25，發(fā)光波長450nm-455nm;接 著升高溫度至750°C-850°C，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-400mbar，通入流量為50000sccm-700008(3〇11的順3、208(3〇11-1008(3〇]1的1]\^&、1001^/111；[11-1301^/111；[11的他，生長811111-15111]1的6&1^層； 重復(fù)In xGa(1-X)N的生長，然后重復(fù)GaN的生長，交替生長InxGa (1-x)N/GaN發(fā)光層，控制周期數(shù) 為7-15個。
[0089] 7、保持反應(yīng)腔壓力20011^31~40011^3匕溫度900。(：-950。(：，通入流量為500008(^111-70000sccn^9NH3、30sccm-60sccn^9TMGa、100L/min-130L/mir^9H2、100sccm-130sccn^9 TMAl、1000sccm-1300sccm的 Cp2Mg，持續(xù)生長50nm-100nm 的 P型 AlGaN 層，A1 摻雜濃度 lE20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg 慘雜濃度 lE19atoms/cm3-lE20atoms/cm3〇
[0090] 8、保持反應(yīng)腔壓力40011^3廣90011^31、溫度950。(：-1000。(：，通入流量為500008(3〇11-70000sccn^9NH3、20sccm-100sccn^9TMGa、100L/min-130L/mir^9H2、1000sccm-3000sccn^9 Cp2Mg，持續(xù)生長50nm-100nm的慘 Mg 的 P 型GaN 層，Mg 慘雜濃度 lE19atoms/cm3-lE20atoms/ cm3。
[0091] 9、最后降溫至650°C_680°C，保溫20min-30min，接著關(guān)閉加熱系統(tǒng)、關(guān)閉給氣系 統(tǒng)，隨爐冷卻。
[0092] 根據(jù)傳統(tǒng)的LED的生長方法(對比實施例1的方法）制備樣品1，根據(jù)本專利描述的 方法制備樣品2;樣品1和樣品2外延生長方法參數(shù)不同點在于本發(fā)明生長應(yīng)力釋放層的生 長條件不一樣:生長其它外延層生長條件完全一樣(請參考表1);樣品1和樣品2在XRD設(shè)備 上測量發(fā)光層102面半高寬，請參考表2。
[0093]接著，樣品1和樣品2在相同的前工藝條件下鍍ΙΤ0層約150nm，相同的條件下鍍Cr/ Pt/Au電極約1500nm，相同的條件下鍍保護(hù)層Si〇2約100nm，然后在相同的條件下將樣品研 磨切割成635ym*635ym(25mil*25mil)的芯片顆粒，然后樣品1和樣品2在相同位置各自挑選 100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)動電流350mA條件 下測試樣品1和樣品2的光電性能。以下表1為產(chǎn)品電性能參數(shù)的對比表，表2為樣品1、2外延 片XRD參數(shù)的比較表。
[0094]表1樣品1、2產(chǎn)品電性參數(shù)的比較
[0095]
[0096] 表2樣品1、2外延片XRD參數(shù)的測定
[0097]
[0098] 結(jié)合表1和表2的數(shù)據(jù)可得出以下結(jié)論：
[0099] 將積分球獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，請參考表1和表2。樣品2與樣品1相比，發(fā)光層 晶體質(zhì)量編號，測試數(shù)據(jù)亮度提升，其他LED電性參數(shù)也有所改善。實驗數(shù)據(jù)證明了專利方 案能提升LED產(chǎn)品晶體質(zhì)量、增加 LED發(fā)光效率的可行性。
[0100]通過以上各實施例可知，本申請存在的有益效果是：
[0101]第一、本發(fā)明提高LED發(fā)光效率的外延生長方法中，引入了應(yīng)力釋放層，即InN/ GaN/Si3N4超晶格層，有效釋放了生長的發(fā)光層內(nèi)部的應(yīng)力，提高了生長發(fā)光層的步驟中空 穴和電子的復(fù)合效率，提高了內(nèi)部量子效率。
[0102] 第二、本發(fā)明提高LED發(fā)光效率的外延生長方法中，引入InN/GaN/Si3N4超晶格層， 使得生長摻雜Si的N型GaN層中，nGaN晶格常數(shù)逐步放大，通過該超晶格單元生長后，InN/ GaN/Si3N4超晶格層常數(shù)接近于InGaN/GaN晶格常數(shù)，為InN/GaN/Si3N4超晶格層的和發(fā)光層 的生長創(chuàng)造很好的條件。
[0103] 本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請的實施例可提供為方法、裝置、或計算機(jī)程序 產(chǎn)品。因此，本申請可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實 施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機(jī)可用程序代碼的計算機(jī) 可用存儲介質(zhì)（包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等）上實施的計算機(jī)程序產(chǎn) 品的形式。
[0104] 上述說明示出并描述了本申請的若干優(yōu)選實施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本申請 并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、 修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識 進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本申請的精神和范圍，則都應(yīng)在本申 請所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種提高LED發(fā)光效率的外延生長方法，依次包括:處理襯底、生長低溫緩沖層GaN、 生長不摻雜GaN層、生長摻雜Si的N型GaN層、生長發(fā)光層、生長P型AlGaN層、生長摻雜Mg的P 型GaN層，降溫冷卻，其特征在于， 在所述生長摻雜Si的N型GaN層之后、所述生長發(fā)光層之前，還包括生長應(yīng)力釋放層， 所述生長應(yīng)力釋放層，進(jìn)一步為： 保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850°C_950°C，通入流量為70000sccm-80000sccn^9NH3、40sccm-50sccn^9TMGa、10sccm-13sccn^9SiH4、2000sccm-2500sccn^9 TMIn、130L/min-140L/min 的 N2，周期性生長 InN/GaN/Si3N4 超晶格層，進(jìn)一步為： 保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850°C_950°C，通入流量為70000sccm-80000sccm 的 NH3、40sccm_50sccm 的 TMGa、10sccm_13sccm 的 SiH4、130L/min_140L/min 的 N2， 生長 50nm-70nm 慘雜 Si 的 GaN 層，Si 的慘雜濃度為 5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3; 保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850°C_950°C，通入流量為70000sccm-80000sccm 的 NH3、10sccm_13sccm 的 SiH4、2000sccm_2500sccm 的 TMIn、130L/min_140L/min的 N2，生長 5nm_8nm 慘雜 Si 的 InN 層，Si 的慘雜濃度為 5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3; 保持反應(yīng)腔壓力400mbar-500mbar，溫度850°C_950°C，通入流量為70000sccm-80000sccm 的 NH3、100L/min-130L/min 的 H2、10sccm 的 SiH4,生長 10nm-15nm 的 Si3N4 層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高LED發(fā)光效率的外延生長方法，其特征在于， 所述處理襯底，進(jìn)一步為:在1000°〇1100°(：的!12氣氛下，通入100171^11-130171^11的!1 2， 保持反應(yīng)腔壓力l〇〇mbar-300mbar，處理藍(lán)寶石襯底8min-10min。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高LED發(fā)光效率的外延生長方法，其特征在于， 所述生長低溫緩沖層GaN，進(jìn)一步為： 降溫至500°C-600°C，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-600mbar，通入流量為lOOOOsccm-200008(3〇11的順3、508(3〇11-1008(3〇]1的1]\^^、1001^/111；[11-1301^/111；[11的!12、在藍(lán)寶石襯底上生長厚 度為2〇11111_4〇111]1的低溫緩沖層6已]''1〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高LED發(fā)光效率的外延生長方法，其特征在于， 所述生長不摻雜GaN層，進(jìn)一步為： 升高溫度到1000°(：-1200°(：，保持反應(yīng)腔壓力30011^&^60011^&匕通入流量為 30000sccm-40000sccm 的 NH3、200sccm-400sccm 的 TMGa、100L/min-130L/min 的 H2、持續(xù)生長 2 μηι-4μηι的不摻雜GaN層。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高LED發(fā)光效率的外延生長方法，其特征在于， 所述生長摻雜Si的N型GaN層，進(jìn)一步為： 保持反應(yīng)腔壓力、溫度不變，通入流量為30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm 的 TMGa、100L/min-130L/min 的 H2、20sccm-50sccm的 SiH4,持續(xù)生長 3μπι-4μπι 摻雜 Si 的 N型 GaN，Si 慘雜濃度 5E19atoms/cm3-lE20atoms/cm3; 保持反應(yīng)腔壓力、溫度不變，通入流量為30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm 的 丁]\?^、1001711^11-1301711^11的!12、28(3〇11-108(3〇11的51!14，持續(xù)生長200腹-40011111摻雜51的~型 GaN，Si 慘雜濃度 5E18atoms/cm3-lE19atoms/cm3。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高LED發(fā)光效率的外延生長方法，其特征在于， 所述生長發(fā)光層，進(jìn)一步為： 保持反應(yīng)腔壓力300mbar-400mbar、溫度700°C-750°C，通入流量為50000sccm-70000 seem 的NH3、20sccm_40 seem 的 TMGa、1500sccm-2000sccn^9TMIn、100L/min-130L/min 的 N2，生長摻雜 In的 2 · 5nm-3 · 5nm 的 InxGa(I-X)N 層，x = 0 · 20-0 · 25，發(fā)光波長450nm-455nm; 接著升高溫度至750°C_850°C，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-400mbar，通入流量為 500008(：〇11-700008(3〇]1的順3、208(3〇11-1008(3〇]1的1]\^&、1001^/111；[11-1301^/111；[11的犯，生長811111-15nm 的 GaN 層； 重復(fù)InxGa(1-X)N的生長，然后重復(fù)GaN的生長，交替生長In xGa(1-x)N/GaN發(fā)光層，控制周 期數(shù)為7-15個。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高LED發(fā)光效率的外延生長方法，其特征在于， 所述生長P型AlGaN層，進(jìn)一步為： 保持反應(yīng)腔壓力200mbar-400mbar、溫度900°C_950°C，通入流量為50000sccm-70000sccn^9NH3、30sccm-60sccn^9TMGa、100L/min-130L/mir^9H2、100sccm-130sccn^9 TMAl、1000sccm-1300sccm的 Cp2Mg,持續(xù)生長50nm-100nm 的 P型 AlGaN 層，Al 摻雜濃度 lE20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg 慘雜濃度 lE19atoms/cm3-lE20atoms/cm3〇8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高LED發(fā)光效率的外延生長方法，其特征在于， 所述生長摻Mg的P型GaN層，進(jìn)一步為： 保持反應(yīng)腔壓力40011^3廣90011^31溫度950°(：-1000°(：，通入流量為500008(^111-70000sccn^9NH3、20sccm-100sccn^9TMGa、100L/min-130L/mir^9H2、1000sccm-3000sccn^9 Cp2Mg，持續(xù)生長50nm-100nm的慘 Mg 的 P 型GaN 層，Mg 慘雜濃度 lE19atoms/cm3-lE20atoms/ cm3。9. 根據(jù)權(quán)利要求1~8之任一所述提高LED發(fā)光效率的外延生長方法，其特征在于， 所述降溫冷卻，進(jìn)一步為：降溫至650°C_680°C，保溫20min-30min，接著關(guān)閉加熱系統(tǒng)、 關(guān)閉給氣系統(tǒng)，隨爐冷卻。
【文檔編號】H01L33/00GK105895753SQ201610281662
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】夏璽華, 徐平
【申請人】湘能華磊光電股份有限公司