提高空穴注入的led外延生長(zhǎng)方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，依次包括：處理襯底、生長(zhǎng)低溫GaN成核層、生長(zhǎng)高溫GaN緩沖層、生長(zhǎng)非摻雜的u?GaN層、生長(zhǎng)摻雜Si的n?GaN層、生長(zhǎng)多量子阱MQW發(fā)光層、生長(zhǎng)溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN:Mg層、生長(zhǎng)P型AlGaN層、生長(zhǎng)高溫P型GaN層、生長(zhǎng)P型GaN接觸層、降溫冷卻。如此方案，在多量子阱層生長(zhǎng)完成之后，生長(zhǎng)一層具有溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN:Mg層結(jié)構(gòu)，既提高了空穴濃度，又提高了空穴遷移率，進(jìn)而有利于提高量子阱區(qū)域的空穴注入水平，降低LED的工作電壓，提高LED的發(fā)光效率。
【專利說(shuō)明】
提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本申請(qǐng)涉及LED外延設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種提高空穴注入的LED 外延生長(zhǎng)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(zhǎng)高亮度、環(huán)保、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)受到廣大消費(fèi)者認(rèn)可，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)LED的規(guī)模也 在逐步擴(kuò)大;市場(chǎng)上對(duì)LED亮度和光效的需求與日倶增，如何生長(zhǎng)更好的外延片日益受到重 視，因?yàn)橥庋訉泳w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(huì)隨著外延層晶體質(zhì)量的提升而提升。
[0003] LED市場(chǎng)上現(xiàn)在要求LED芯片驅(qū)動(dòng)電壓低，特別是大電流下驅(qū)動(dòng)電壓越小越好、光 效越高越好。LED市場(chǎng)價(jià)值的體現(xiàn)為(光效)/單價(jià)，光效越好，價(jià)格越高，所以LED高光效一直 是LED廠家和院校LED研究所所追求的目標(biāo)。高光效意味著光功率高、驅(qū)動(dòng)電壓低，但光功率 一定程度上受到P層空穴濃度的限制，驅(qū)動(dòng)電壓一定程度上受到P層空穴迀移率的限制，注 入的空穴濃度增加，發(fā)光層空穴和電子的復(fù)合效率增加，高光功率增加，P層空穴迀移率增 加驅(qū)動(dòng)電壓才能降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種提高空穴注入的LED外延生 長(zhǎng)方法，在多量子阱層生長(zhǎng)完成之后，生長(zhǎng)一層具有溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN: Mg層結(jié) 構(gòu)，既提高了空穴濃度，又提高了空穴迀移率，進(jìn)而有利于提高量子阱區(qū)域的空穴注入水 平，降低LED的工作電壓，提高LED的發(fā)光效率。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)有如下技術(shù)方案：
[0006] -種提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，其特征在于，依次包括：
[0007] 處理襯底、生長(zhǎng)低溫GaN成核層、生長(zhǎng)高溫GaN緩沖層、生長(zhǎng)非摻雜的u-GaN層、生長(zhǎng) 摻雜Si的n-GaN層、生長(zhǎng)多量子阱MQW發(fā)光層、生長(zhǎng)溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN: Mg層、生長(zhǎng) P型AlGaN層、生長(zhǎng)高溫P型GaN層、生長(zhǎng)P型GaN接觸層、降溫冷卻，
[0008] 所述生長(zhǎng)溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN: Mg層，進(jìn)一步為：
[0009] 向反應(yīng)腔通入TMIn、TMGa及CP2Mg作為M0源，并通入NH3，生長(zhǎng)厚度為20nm-l 20nm的 一層溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN:Mg層，生長(zhǎng)過(guò)程中，首先將生長(zhǎng)溫度從溫度T1漸變升高 到溫度T2,再將生長(zhǎng)溫度從溫度T2漸變降低至溫度T1，將反應(yīng)腔壓力控制在lOOTorr-500Torr ?
[0010] 其中，700°(：<1'1<850°(：，750°(：<了2<900°(：，且了2>1'1，生長(zhǎng)溫度從1'1漸變升高 到T2時(shí)與生長(zhǎng)溫度從T2漸變降低到T1時(shí)生長(zhǎng)InGaN:Mg層的厚度相同，厚度為10nm-60nm，生 長(zhǎng)過(guò)程中，通入NH 3和TEGa的摩爾量比為300-5000，Mg的摩爾組分為0.3%-1%，Ιη的摩爾組 分為
[0011] 優(yōu)選地，其中：
[0012]所述生長(zhǎng)低溫GaN成核層，進(jìn)一步為：
[0013] 降低溫度至500°C_620°C，保持反應(yīng)腔壓力400Torr-650Torr，通入NH3和TMGa，生 長(zhǎng)厚度為20nm-40nm的低溫GaN成核層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量比為500-3000。
[0014] 優(yōu)選地，其中：
[0015]所述生長(zhǎng)高溫GaN緩沖層，進(jìn)一步為：
[0016] 在所述生長(zhǎng)低溫GaN成核層結(jié)束后，停止通入TMGa，進(jìn)行原位退火處理，將退火溫 度升高至1000°C-1100°C，退火時(shí)間為5min-10min;
[0017] 退火完成后，將溫度調(diào)節(jié)至900°C-1050°C，生長(zhǎng)壓力控制為400Torr-650Torr，繼 續(xù)通入TMGa，外延生長(zhǎng)厚度為0.2μπι-1μπι的高溫GaN緩沖層，其中，通入NH 3和TMGa的摩爾量 比為 500-3000。
[0018] 優(yōu)選地，其中：
[0019]所述生長(zhǎng)非摻雜的u-GaN層，進(jìn)一步為：
[0020] 升高溫度到1050°C_1200°C，保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr，通入NH3和TMGa， 持續(xù)生長(zhǎng)1μL?-3μπι的非摻雜U-GaN層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量比為300-3000。
[0021] 優(yōu)選地，其中：
[0022] 所述生長(zhǎng)摻雜Si的η-GaN層，進(jìn)一步為：
[0023] 保持反應(yīng)腔溫度為1050°C-1200°C，保持反應(yīng)腔壓力為100Torr-600Torr，通入 NH3、TMGa和SiH4,持續(xù)生長(zhǎng)厚度為2μπι-4μπι的摻雜濃度穩(wěn)定的η-GaN層，其中，Si摻雜濃度 8E18atoms/cm 3-2E19atoms/cm3,通入 NH3 和 TMGa 的摩爾量比為 300-3000。
[0024] 優(yōu)選地，其中：
[0025]所述生長(zhǎng)多量子阱MQW發(fā)光層，進(jìn)一步為：
[0026] 通入TEGa和TMIn作為M0源，通入SiH4作為N型摻雜劑，生長(zhǎng)5-15個(gè)周期的1%6&(11) N/GaN阱皇結(jié)構(gòu)組成，進(jìn)一步為：
[0027] 保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr、溫度700°C-800°C，生長(zhǎng)摻雜In的厚度為2nm-5nm的InyGa(i- y)N量子阱層，y = 0 · 1-0 · 3，通入順3和TEGa的摩爾量比為300-5000;
[0028] 接著升高溫度至800°C_950°C，保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr，生長(zhǎng)厚度為 8nm-15nm的GaN皇層，其中，通入NH3和TEGa的摩爾量比為300-5000,皇層GaN進(jìn)行低濃度Si 摻雜，Si組分為0.5 %-3 %;
[0029] 重復(fù)InyGa(1-y)N量子阱層的生長(zhǎng)，然后重復(fù)GaN皇層的生長(zhǎng)，交替生長(zhǎng)In xGa(1-X)N/ GaN發(fā)光層，控制周期數(shù)為5-15個(gè)。
[0030] 優(yōu)選地，其中：
[0031] 所述生長(zhǎng)P型AlGaN層，進(jìn)一步為：
[0032]保持反應(yīng)腔壓力 20Torr-200Torr、溫度 900°C-1100°C，通入 TMGa 和 Cp2Mg 作為 M0 源，通入TMA1，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為50nm-200nm的P型AlGaN層，生長(zhǎng)時(shí)間為3min-10min，其中，通 入NH 3和TMGa的摩爾量比為1000-20000，A1的摩爾組分為10 %-30 %，Mg的摩爾組分為 0.05%-0.3%〇 [0033] 優(yōu)選地，其中：
[0034] 所述生長(zhǎng)高溫P型GaN層，進(jìn)一步為：
[0035] 保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr，生長(zhǎng)溫度為850。01000。(：，通入了1?^和0? 21% 作為M0源，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為100nm-800nm的摻Mg的P型GaN層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量 比為300-5000，Mg 慘雜濃度 lE17atoms/cm3-lE18atoms/cm3 〇
[0036] 優(yōu)選地，其中：
[0037]所述生長(zhǎng)P型GaN接觸層，進(jìn)一步為：
[0038] 保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr，生長(zhǎng)溫度為850。01050。(：，通入了1?^和0?21% 作為M0源，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為5nm-20nm的P型GaN接觸層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量比為 1000-5000。
[0039] 優(yōu)選地，其中：
[0040] 所述降溫冷卻，進(jìn)一步為：
[0041] 外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降低至650°C_800°C，采用純吣氛圍進(jìn)行退火處 理5min-10min，然后將至室溫，結(jié)束生長(zhǎng)。
[0042] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)所述的方法，達(dá)到了如下效果：
[0043] 本發(fā)明提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，與傳統(tǒng)方法相比，在生長(zhǎng)完量子阱層之 后，生長(zhǎng)一層具有溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN: Mg層結(jié)構(gòu)，目的是在靠近量子阱區(qū)域，先通 過(guò)低溫生長(zhǎng)來(lái)提高M(jìn)g的濃度，從而提供高的空穴濃度，隨著離量子阱區(qū)域的距離越來(lái)越遠(yuǎn)， 生長(zhǎng)溫度漸變提升，從而提高晶體質(zhì)量，提高空穴的迀移率，到一定溫度后，降低溫度，提高 Mg的濃度，提供高的空穴濃度來(lái)補(bǔ)充之前消耗的空穴，從而能夠提高整個(gè)量子阱區(qū)域的空 穴注入水平，降低LED的工作電壓，提高LED的發(fā)光效率。
【附圖說(shuō)明】
[0044] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申 請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0045] 圖1為本發(fā)明提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法的流程圖；
[0046] 圖2為本發(fā)明中LED外延層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047] 圖3為本發(fā)明中生長(zhǎng)溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN:Mg層過(guò)程中的溫度變化示意 圖；
[0048] 圖4為對(duì)比實(shí)施例中LED外延層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049] 圖5為樣品1和樣品2的芯片亮度分布圖；
[0050] 圖6為樣品1和樣品2的芯片電壓分布圖；
[0051 ] 其中，1、高溫P型GaN層，2、電子阻擋層，3、P型InGaN: Mg溫度漸變層，4、多量子阱 MQW發(fā)光層，5、η-GaN層，6、u-GaN層，7、GaN緩沖層(包括低溫成核層和高溫緩沖層），8、基板。
【具體實(shí)施方式】
[0052]如在說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)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(huì)用不同名詞來(lái)稱呼同一個(gè)組件。本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求并不以名 稱的差異來(lái)作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在通 篇說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的"包含"為一開(kāi)放式用語(yǔ)，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(wèn)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(guò)其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說(shuō)明書(shū) 后續(xù)描述為實(shí)施本申請(qǐng)的較佳實(shí)施方式，然所述描述乃以說(shuō)明本申請(qǐng)的一般原則為目的， 并非用以限定本申請(qǐng)的范圍。本申請(qǐng)的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
[0053] 實(shí)施例1
[0054] 本發(fā)明運(yùn)用VEECO M0CVD來(lái)生長(zhǎng)高亮度GaN基LED外延片。采用高純H2或高純N2或高 純出和高純N2的混合氣體作為載氣，高純NH3作為對(duì)原，金屬有機(jī)源三甲基鎵(TMGa)，金屬有 機(jī)源三乙基鎵(TEGa)，三甲基銦（TMIn)作為銦源，三甲基鋁（TMA1)作為鋁源，N型摻雜劑為 硅烷（SiH4)，P型摻雜劑為二茂鎂(CP 2Mg)，襯底為（001)面藍(lán)寶石，反應(yīng)壓力在lOOTorr到 lOOOTorr之間。具體生長(zhǎng)方式如下(外延結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖2):
[0055] -種提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，參見(jiàn)圖1，其特征在于，依次包括:處理襯 底、生長(zhǎng)低溫GaN成核層、生長(zhǎng)高溫GaN緩沖層、生長(zhǎng)非摻雜的u-GaN層、生長(zhǎng)摻雜Si的n-GaN 層、生長(zhǎng)多量子阱MQW發(fā)光層、生長(zhǎng)溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN: Mg層、生長(zhǎng)P型AlGaN層、生 長(zhǎng)高溫P型GaN層、生長(zhǎng)P型GaN接觸層、降溫冷卻，
[0056] 所述生長(zhǎng)溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN: Mg層，進(jìn)一步為：
[0057] 向反應(yīng)腔通入TMIn、TMGa及Cp2Mg作為M0源，并通入NH3，生長(zhǎng)厚度為20nm-l 20nm的 一層溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN:Mg層，生長(zhǎng)過(guò)程中，首先將生長(zhǎng)溫度從溫度T1漸變升高 到溫度T2,再將生長(zhǎng)溫度從溫度T2漸變降低至溫度T1，溫度漸變圖參見(jiàn)圖3,將反應(yīng)腔壓力 控制在 100Torr-500Torr，
[0058] 其中，了2>11，700°(：<1'1<850°(：，750°(：<了2<900°(：，且了2>1'1，生長(zhǎng)溫度從1'1漸 變升高到T2時(shí)與生長(zhǎng)溫度從T2漸變降低到T1時(shí)生長(zhǎng)InGaN:Mg層的厚度相同，厚度為10nm-60nm，生長(zhǎng)過(guò)程中，通入NH 3和TEGa的摩爾量比為300-5000，Mg的摩爾組分為0.3%-1 %，In 的摩爾組分為1 %-10 %。
[0059] 本發(fā)明的提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，在生長(zhǎng)多量子阱MQW發(fā)光層之后、生 長(zhǎng)P型AlGaN層之前，生長(zhǎng)溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN: Mg層。在靠近量子阱區(qū)域，先通過(guò)低 溫生長(zhǎng)來(lái)提高M(jìn)g的濃度，從而提供高的空穴濃度，隨著離量子阱區(qū)域的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，生長(zhǎng) 溫度漸變提升，從而提高晶體質(zhì)量，提高空穴的迀移率，到一定溫度后，降低溫度，提高M(jìn)g的 濃度，提供高的空穴濃度來(lái)補(bǔ)充之前消耗的空穴，從而能夠提高整個(gè)量子阱區(qū)域的空穴注 入水平，降低LED的工作電壓，提高LED的發(fā)光效率。
[0060] 實(shí)施例2
[0061] 以下提供本發(fā)明的提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法的應(yīng)用實(shí)施例，其外延結(jié)構(gòu) 參見(jiàn)圖2，生長(zhǎng)方法參見(jiàn)圖1。運(yùn)用VEECO M0CVD來(lái)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作為咐原，金屬有機(jī)源三甲基鎵 (TMGa)，金屬有機(jī)源三乙基鎵（TEGa)，三甲基銦（TMIn)作為銦源，三甲基鋁（TMA1)作為鋁 源，N型摻雜劑為硅烷(SiH4)，P型摻雜劑為二茂鎂(CP 2Mg)，襯底為(001)面藍(lán)寶石，反應(yīng)壓力 在lOOTorr到lOOOTorr之間。具體生長(zhǎng)方式如下：
[0062] 步驟101、處理襯底：
[0063] 將藍(lán)寶石襯底在出氣氛里進(jìn)行退火，清潔襯底表面，溫度為1050°C_1150°C。
[0064] 步驟102、生長(zhǎng)低溫GaN成核層：
[0065] 降低溫度至500°C-620°C，保持反應(yīng)腔壓力400Torr-650Torr，通入NH3、和TMGa，生 長(zhǎng)厚度為20nm-40nm的低溫GaN成核層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量比為500-3000,即V/ ΙΠ 摩爾比為500-3000。
[0066] 步驟103、生長(zhǎng)高溫GaN緩沖層：
[0067] 在所述生長(zhǎng)低溫GaN成核層結(jié)束后，停止通入TMGa，進(jìn)行原位退火處理，將退火溫 度升高至1000°C-1100°C，退火時(shí)間為5min-10min;
[0068] 退火完成后，將溫度調(diào)節(jié)至900°C-1050°C，生長(zhǎng)壓力控制為400Torr-650Torr，繼 續(xù)通入TMGa，外延生長(zhǎng)厚度為0.2μπι-1μπι的高溫GaN緩沖層，其中，通入NH 3和TMGa的摩爾量 比為 500-3000，即 V/ΙΠ 摩爾比為 500-3000。
[0069] 步驟104、生長(zhǎng)非摻雜的u-GaN層：
[0070] 升高溫度到1050Γ-1200Γ，保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr，通入NH3和TMGa， 持續(xù)生長(zhǎng)1μπι-3μπι的非摻雜u-GaN層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量比為300-3000,即V/m 摩爾比為300-3000。
[0071] 步驟105、生長(zhǎng)摻雜Si的η-GaN層：
[0072] 保持反應(yīng)腔溫度為1050°C-1200°C，保持反應(yīng)腔壓力為100Torr-600Torr，通入 NH3、TMGa和SiH4,持續(xù)生長(zhǎng)厚度為2μπι-4μπι的摻雜Si的η-GaN層，其中，Si摻雜濃度 8E18atoms/cm 3-2E19atoms/cm3,通入 NH3 和 TMGa 的摩爾量比為 300-3000，即 V/ΙΠ 摩爾比為 300-3000。（其中，8E18代表8乘以10的18次方也就是8*1018,以此類推，atoms/cm 3為摻雜濃 度單位，下同。）
[0073] 步驟106、生長(zhǎng)多量子阱MQW發(fā)光層：
[0074] 通入TEGa、TMIn作為M0源，通入SiH4作為N型摻雜劑，生長(zhǎng)5-15個(gè)周期的InyGa(1- y) N/GaN阱皇結(jié)構(gòu)組成，進(jìn)一步為：
[0075] 保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr、溫度700°C-800°C，生長(zhǎng)摻雜In的厚度為2nm-5nm的InyGa(i- y)N量子阱層，y = 0 · 1-0 · 3，通入NH3和TMGa的摩爾量比為300-5000;
[0076] 接著升高溫度至800°C_950°C，保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr，生長(zhǎng)厚度為 8nm-15nm的GaN皇層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量比為300-5000,即V/ΙΠ 摩爾比為300-5000,51組分為0.5%-3%;
[0077] 重復(fù)InyGa(1-y)N量子阱層的生長(zhǎng)，然后重復(fù)GaN皇層的生長(zhǎng)，交替生長(zhǎng)In xGa(1-X)N/ GaN發(fā)光層，控制周期數(shù)為5-15個(gè)。
[0078] 步驟107、生長(zhǎng)溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN:Mg層：
[0079] 向反應(yīng)腔通入TMIn、TMGa及Cp2Mg作為M0源，并通入NH3，生長(zhǎng)厚度為20nm-l 20nm的 一層溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN:Mg層，生長(zhǎng)過(guò)程中，將生長(zhǎng)溫度從溫度T1漸變升高到溫 度T2,再?gòu)臏囟萒2漸變降低至溫度T1，溫度漸變圖參見(jiàn)圖3,將反應(yīng)腔壓力控制在lOOTorr-500Torr?
[0080]其中，700。(：<1'1<850。(：，750。(：<了2<900。(：，且了2>1'1，例如1'1可選為750。(：，丁2 可選為850°C，即將生長(zhǎng)溫度從750°C漸變升高到850°C，再?gòu)?50°C漸變降低到750°C ;此外， 生長(zhǎng)溫度從T1漸變升高到T2時(shí)與生長(zhǎng)溫度從T2漸變降低到T1時(shí)生長(zhǎng)InGaN:Mg層的厚度相 同，厚度為l〇nm-60nm，例如，溫度從T1漸變升到到T2時(shí)，生長(zhǎng)InGaN:Mg層的厚度為30nm，那 么溫度從T2漸變降低到ΤΙ時(shí)，生長(zhǎng)InGaN:Mg層的厚度也為30nm;生長(zhǎng)過(guò)程中，通入NH3和 TEGa的摩爾量比為300-5000，Mg的摩爾組分為0.3%-1 %，In的摩爾組分為1 %-10%。
[0081] 步驟108、生長(zhǎng)P型AlGaN層：
[0082] 保持反應(yīng)腔壓力 20Torr-200Torr、溫度 900°C-1100°C，通入 TMGa 和 Cp2Mg 作為 M0 源，并通入TMA1，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為50nm-200nm的P型AlGaN層，生長(zhǎng)時(shí)間為3min-10min，其中， 通入NH 3和TMGa的摩爾量比為1000-20000，即V/m摩爾比為1000-20000，A1的摩爾組分為 10%-30%，]\%的摩爾組分為0.05%-0.3%。
[0083] 步驟109、生長(zhǎng)高溫P型GaN層：
[0084] 保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr、生長(zhǎng)溫度為850°C-1000°C，通入TMGa和Cp 2Mg 作為M0源，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為100nm-800nm的摻Mg的P型GaN層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量 比為 300-5000，即 V/m摩爾比為 300-5000，Mg 摻雜濃度 lE18atoms/cm3-lE21atoms/cm3。 [0085] 步驟110、生長(zhǎng)P型GaN接觸層：
[0086] 保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr，生長(zhǎng)溫度為85(TC-105(TC，通入TMGa和Cp 2Mg 作為M0源，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為5nm-20nm的P型GaN接觸層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量比為 1000-5000。
[0087] 步驟111、降溫冷卻：
[0088] 外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降低至650°C_800°C，采用純吣氛圍進(jìn)行退火處 理5min-10min，然后將至室溫，結(jié)束生長(zhǎng)。
[0089] 本申請(qǐng)的重點(diǎn)在于步驟107,在生長(zhǎng)多量子阱MQW發(fā)光層之后、生長(zhǎng)P型AlGaN層之 前，生長(zhǎng)溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN:Mg層。在靠近量子阱區(qū)域，先通過(guò)低溫生長(zhǎng)來(lái)提高M(jìn)g 的濃度，從而提供高的空穴濃度，隨著離量子阱區(qū)域的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，生長(zhǎng)溫度漸變提升， 從而提高晶體質(zhì)量，提高空穴的迀移率，到一定溫度后，降低溫度，提高M(jìn)g的濃度，提供高的 空穴濃度來(lái)補(bǔ)充之前消耗的空穴，從而能夠提高整個(gè)量子阱區(qū)域的空穴注入水平，降低LED 的工作電壓，提高LED的發(fā)光效率。
[0090] 實(shí)施例3
[0091] 以下提供一種常規(guī)提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法作為本發(fā)明的對(duì)比實(shí)施例。
[0092] 常規(guī)LED外延的生長(zhǎng)方法為(外延層結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖4):
[0093] 1、將藍(lán)寶石襯底在出氣氛里進(jìn)行退火，清潔襯底表面，溫度為1050°C_1150°C。
[0094] 2、降低溫度至500°C_620°C，保持反應(yīng)腔壓力400Torr-650Torr，通入NH 3和TMGa， 生長(zhǎng)厚度為20nm-40nm的低溫GaN成核層，其中，V/m摩爾比為500-3000,即通入NH3和TMGa 的摩爾量比為500-3000。
[0095] 3、在所述生長(zhǎng)低溫GaN成核層結(jié)束后，停止通入TMGa，進(jìn)行原位退火處理，將退火 溫度升高至1000°C-1100°C，退火時(shí)間為5min-10min;退火完成后，將溫度調(diào)節(jié)至900°c-1050°C，生長(zhǎng)壓力控制為400Torr-650Torr，繼續(xù)通入TMGa，外延生長(zhǎng)厚度為0.2μπι-1μπι的高 溫GaN緩沖層，其中，V/m摩爾比為500-3000。
[0096] 4、高溫GaN緩沖層生長(zhǎng)結(jié)束后，升高溫度到1050°C-1200°C，保持反應(yīng)腔壓力 100Torr-500Torr，通入NH3和TMGa，持續(xù)生長(zhǎng)1μπι-3μπι的非摻雜u-GaN層，其中，V/m摩爾比 為300-3000。
[0097] 5、高溫非摻雜GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，保持反應(yīng)腔溫度為1050°C-1200°C，保持反應(yīng)腔 壓力為l〇〇Torr-600Torr，通入NH3、TMGa和SiH4，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為2μπι-4μπι的摻雜Si的n-GaN 層，其中，Si 摻雜濃度 8E18atoms/cm3-2E19atoms/cm3，V/m 摩爾比為 300-3000。
[0098] 6、通入TEGa、TMIn和SiH4作為M0源，生長(zhǎng)5-15個(gè)周期的InyGa (1-y)N/GaN阱皇結(jié)構(gòu)組 成，進(jìn)一步為：
[0099] 保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr、溫度700°C-800°C，生長(zhǎng)摻雜In的厚度為2nm-5nm 的 InyGa(i-y)N 量子阱層，y = 0 · 1-0 · 3，V/m 摩爾比為 300-5000;
[0100] 接著升高溫度至800°C_950°C，保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr，生長(zhǎng)厚度為 8nm-15nm的GaN皇層，其中V/m摩爾比為300-5000,5丨組分為0.5%-3%，
[0101] 重復(fù)InyGa(1-y)N量子阱層的生長(zhǎng)，然后重復(fù)GaN皇層的生長(zhǎng)，交替生長(zhǎng)In xGa(1-X)N/ GaN發(fā)光層，控制周期數(shù)為5-15個(gè)。
[0102] 7、多周期量子阱MQW發(fā)光層生長(zhǎng)結(jié)束后，保持反應(yīng)腔壓力20T〇rr-200T 〇rr、溫度 900°C-1100°C，通入 TMAl、TMGa和Cp2Mg 作為 M0 源，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為50nm-200nm的 P 型 AlGaN 層，生長(zhǎng)時(shí)間為3min-10min，其中，V/m摩爾比為1000-20000，A1的摩爾組分為10%-30%， Mg的摩爾組分為0·05%-0·3%。
[0103] 8、P型AlGaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr、生長(zhǎng)溫度為850 °C - 1000°C，通入TMGa和Cp2Mg作為M0源，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為100nm-800nm的摻Mg的P型GaN層，其 中，V/m 摩爾比為 300-5000，Mg 慘雜濃度 lE17atoms/cm3-lE18atoms/cm3。
[0104] 9、摻Mg的P型GaN層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)厚度為5nm-20nm的P型GaN接觸層，所用M0源 為T(mén)MGa和Cp2Mg，生長(zhǎng)溫度為850°C_1050°C，生長(zhǎng)壓力為100Torr-500Torr，V/m摩爾比為 1000-5000。
[0105] 10、外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降低至650°C_800°C，用純N2氛圍進(jìn)行退火 處理5min-10min，然后將至室溫，結(jié)束生長(zhǎng)。
[0106] 在同一機(jī)臺(tái)上，根據(jù)常規(guī)的LED的生長(zhǎng)方法(對(duì)比實(shí)施例的方法)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(zhǎng)方法參數(shù)不同點(diǎn)在于本發(fā)明在生長(zhǎng) 多量子阱MQW發(fā)光層之后、生長(zhǎng)P型AlGaN層之前，生長(zhǎng)溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN: Mg層， 即實(shí)施例2中的步驟107,生長(zhǎng)其它外延層的生長(zhǎng)條件完全一樣(參見(jiàn)表1)。
[0107] 樣品1和樣品2在相同的前工藝條件下鍍?chǔ)│?層150nm，然后在相同的條件下鍍Cr/ Pt/Au電極70nm，相同條件下鍍保護(hù)層Si〇230nm，然后在相同條件下將樣品研磨切割成762μ m*762ym(30mil*30mil)的芯片顆粒，然后樣品1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1和 樣品2的光電性能。
[0108] 表1為樣品1和樣品2的生長(zhǎng)參數(shù)對(duì)比表，樣品1采用常規(guī)生長(zhǎng)方式，生長(zhǎng)多量子阱 層后生長(zhǎng)電子阻擋層，樣品2采用本申請(qǐng)的生長(zhǎng)方式，在多量子阱層與電子阻擋層之間生長(zhǎng) P型的具有兩段溫度漸變的InGaN: Mg層。
[0109] 表1生長(zhǎng)參數(shù)的對(duì)比
[0110]
[0111]
[0112]圖5為樣品1和樣品2的芯片亮度分布圖，圖6為樣品1和樣品2的芯片電壓分布圖。 [0113]將積分球獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，得出圖5和圖6。從圖5數(shù)據(jù)可看出，樣品2較樣 品1亮度從500mw左右增加至530mw。從圖6數(shù)據(jù)可得出，樣品2較樣品1驅(qū)動(dòng)電壓從3 · 4V左右 降低至3.3-3.25V之間。因此，可得出本申請(qǐng)所提供的生長(zhǎng)方法與常規(guī)方法相比，提高了芯 片的亮度，并能夠降低芯片的驅(qū)動(dòng)電壓。
[0114] 通過(guò)以上各實(shí)施例可知，本申請(qǐng)存在的有益效果是：
[0115] 本發(fā)明提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，與傳統(tǒng)方法相比，在生長(zhǎng)完量子阱層之 后，生長(zhǎng)一層具有溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN: Mg層結(jié)構(gòu)，目的是在靠近量子阱區(qū)域，先通 過(guò)低溫生長(zhǎng)來(lái)提高M(jìn)g的濃度，從而提供高的空穴濃度，隨著離量子阱區(qū)域的距離越來(lái)越遠(yuǎn)， 生長(zhǎng)溫度漸變提升，從而提高晶體質(zhì)量，提高空穴的迀移率，到一定溫度后，降低溫度，提高 Mg的濃度，提供高的空穴濃度來(lái)補(bǔ)充之前消耗的空穴，從而能夠提高整個(gè)量子阱區(qū)域的空 穴注入水平，降低LED的工作電壓，提高LED的發(fā)光效率。
[0116] 本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請(qǐng)的實(shí)施例可提供為方法、裝置、或計(jì)算機(jī)程序 產(chǎn)品。因此，本申請(qǐng)可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí) 施例的形式。而且，本申請(qǐng)可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī) 可用存儲(chǔ)介質(zhì)（包括但不限于磁盤(pán)存儲(chǔ)器、CD-ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等）上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn) 品的形式。
[0117] 上述說(shuō)明示出并描述了本申請(qǐng)的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本申請(qǐng) 并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)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(guò)上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí) 進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本申請(qǐng)的精神和范圍，則都應(yīng)在本申 請(qǐng)所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，其特征在于，依次包括： 處理襯底、生長(zhǎng)低溫GaN成核層、生長(zhǎng)高溫GaN緩沖層、生長(zhǎng)非摻雜的U-GaN層、生長(zhǎng)摻雜 Si的n-GaN層、生長(zhǎng)多量子阱MQW發(fā)光層、生長(zhǎng)溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN: Mg層、生長(zhǎng)P型 AlGaN層、生長(zhǎng)高溫P型GaN層、生長(zhǎng)P型GaN接觸層、降溫冷卻， 所述生長(zhǎng)溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN: Mg層，進(jìn)一步為： 向反應(yīng)腔通入TMIn、TMGa及Cp2Mg作為MO源，并通入NH3,生長(zhǎng)厚度為20nm-120nm的一層 溫度兩段漸變的摻Mg的InGaN = Mg層，生長(zhǎng)過(guò)程中，首先將生長(zhǎng)溫度從溫度Tl漸變升高到溫 度T2,再將生長(zhǎng)溫度從溫度T2漸變降低至溫度T1，將反應(yīng)腔壓力控制在100T 〇rr-500T〇rr， 其中，700°C<T1<850°C，750°C<T2<900°C，且T2>T1，生長(zhǎng)溫度從Tl漸變升高到T2 時(shí)與生長(zhǎng)溫度從T2漸變降低到Tl時(shí)生長(zhǎng)InGaN = Mg層的厚度相同，厚度為10nm-60nm，生長(zhǎng)過(guò) 程中，通入NH3和TEGa的摩爾量比為300-5000，Mg的摩爾組分為0.3%-1 %，In的摩爾組分為 1%-10%〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，其特征在于， 所述生長(zhǎng)低溫GaN成核層，進(jìn)一步為： 降低溫度至500°C-620°C，保持反應(yīng)腔壓力400Torr-650Torr，通入NH3和TMGa，生長(zhǎng)厚度 為20nm-40nm的低溫GaN成核層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量比為500-3000。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，其特征在于， 所述生長(zhǎng)高溫GaN緩沖層，進(jìn)一步為： 在所述生長(zhǎng)低溫GaN成核層結(jié)束后，停止通入TMGa，進(jìn)行原位退火處理，將退火溫度升 高至 1000°C-1100°C，退火時(shí)間為 5min-10min; 退火完成后，將溫度調(diào)節(jié)至900°C-1050°C，生長(zhǎng)壓力控制為400Torr-650Torr，繼續(xù)通 入TMGa，外延生長(zhǎng)厚度為0·2μπι-1μπι的高溫GaN緩沖層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量比為 500-3000〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，其特征在于， 所述生長(zhǎng)非摻雜的U-GaN層，進(jìn)一步為： 升高溫度到1050°C-1200°C，保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr，通入NH3和TMGa，持續(xù)生 長(zhǎng)1μπι-3μπι的非摻雜U-GaN層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量比為300-3000。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，其特征在于， 所述生長(zhǎng)摻雜Si的n-GaN層，進(jìn)一步為： 保持反應(yīng)腔溫度為1050°C-1200°C，保持反應(yīng)腔壓力為100Torr-600Torr，通入NH3、TMGa 和SiH4，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為2μπι-4μπι的摻雜濃度穩(wěn)定的n-GaN層，其中，Si摻雜濃度8E18atoms/ cm3-2E19atoms/cm3,通入 NH3 和 TMGa 的摩爾量比為 300-3000。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，其特征在于， 所述生長(zhǎng)多量子阱MQW發(fā)光層，進(jìn)一步為： 通入TEGa和TMIn作為MO源，通入SiH4作為N型摻雜劑，生長(zhǎng)5-15個(gè)周期的InyGa (1-y)N/GaN 阱皇結(jié)構(gòu)組成，進(jìn)一步為： 保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr、溫度700°C-800°C，生長(zhǎng)摻雜In的厚度為2nm-5nm的 InyGa(1-y)N量子阱層，y = 0 · 1-0 · 3，通入NH3和TEGa的摩爾量比為300-5000; 接著升高溫度至800°C_950°C，保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr，生長(zhǎng)厚度為8nm- 15nm的GaN皇層，其中，通入NH3和TEGa的摩爾量比為300-5000,皇層GaN進(jìn)行低濃度Si摻雜， Si 組分為 0.5 %-3 %; 重復(fù)InyGa(1-y)N量子阱層的生長(zhǎng)，然后重復(fù)GaN皇層的生長(zhǎng)，交替生長(zhǎng)In xGa(1-x)N/GaN發(fā) 光層，控制周期數(shù)為5-15個(gè)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，其特征在于， 所述生長(zhǎng)P型AlGaN層，進(jìn)一步為： 保持反應(yīng)腔壓力20Torr-200Torr、溫度900°C_1100°C，通入TMGa和Cp2Mg作為MO源，通入 TMAl，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為50nm-200nm的P型AlGaN層，生長(zhǎng)時(shí)間為3min-10min，其中，通入NH3和 TMGa的摩爾量比為1000-20000, Al的摩爾組分為10 %-30 %，Mg的摩爾組分為0.05 %-0.3%〇8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，其特征在于， 所述生長(zhǎng)高溫P型GaN層，進(jìn)一步為： 保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr，生長(zhǎng)溫度為850°C-1000°C，通入TMGa和Cp2Mg作為MO 源，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為100nm-800nm的摻Mg的P型GaN層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量比為 300-5000，Mg 慘雜濃度 lE17atoms/cm3-lE18atoms/cm3。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，其特征在于， 所述生長(zhǎng)P型GaN接觸層，進(jìn)一步為： 保持反應(yīng)腔壓力100Torr-500Torr，生長(zhǎng)溫度為850°C-1050°C，通入TMGa和Cp2Mg作為MO 源，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為5nm-20nm的P型GaN接觸層，其中，通入NH3和TMGa的摩爾量比為1000-5000 〇10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高空穴注入的LED外延生長(zhǎng)方法，其特征在于， 所述降溫冷卻，進(jìn)一步為： 外延生長(zhǎng)結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降低至650°C-800°C，采用純N2氛圍進(jìn)行退火處理 5min-10min，然后將至室溫，結(jié)束生長(zhǎng)。
【文檔編號(hào)】H01L33/14GK105932118SQ201610419939
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】林傳強(qiáng)
【申請(qǐng)人】湘能華磊光電股份有限公司