[發明專利]一種LED外延緩沖層生長方法

在審

• 申請號: 201711021988.X
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107785465A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 徐平
• 申請（專利權）人: 湘能華磊光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/00
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙)43214
• 代理人: 鄭雋

技術領域

本發明屬于LED技術領域，具體涉及一種一種LED外延緩沖層生長方法。

背景技術

LED(Light Emitting Diode，發光二極管)是一種固體照明，由于LED具有體積小、耗電量低使用壽命長高亮度、環保、堅固耐用等優點受到廣大消費者認可，國內生產LED的規模也在逐步擴大。

藍寶石是現階段工業生長GaN基LED的最普遍的襯底材料。受制于藍寶石襯底與GaN之間的晶格失配，需要通過生長各類緩沖層的手段降低GaN基LED器件中的晶格缺陷密度。

傳統LED外延層的生長方法為：處理襯底，生長低溫緩沖層GaN、生長3D GaN層、生長2D GaN層、生長摻雜Si的N型GaN層、周期性生長有緣層MQW、生長P型AlGaN層、生長摻Mg的P型GaN層、降溫冷卻。

上述傳統的外延技術中在藍寶石(Al₂O₃)基板上生長GaN材料，因為Al₂O₃材料和GaN材料存在著較大的晶格失配，帶來的影響是GaN材料位錯密度高達109根/cm²，影響了GaN LED芯片發光效率的提高；而且存在襯底導熱差、吸光嚴重、難剝離等缺點。目前控制位錯密度的主要方法是低溫生長一層薄GaN作緩沖層，然后在此基礎上進行GaN的3D生長和2D生長，最后形成比較平整GaN層。

以下提供一種傳統的LED外延生長方法：

1、在溫度為900℃-1100℃，反應腔壓力為100-200mbar，通入50-100L/min的H₂的條件下，處理藍寶石襯底5min-10min；

2、生長低溫緩沖GaN層；

3、生長2μm-3μm的3D GaN層。

4、生長2μm-3μm的2D GaN層。

5、生長摻雜Si的N型GaN層；

6、周期性生長有源層MQW；

7、生長50nm-100nm的P型AlGaN層；

8、生長100nm-300nm的Mg摻雜的P型GaN層；

9、在溫度為700℃-800℃，通入100L/min-150L/min的N₂的條件，保溫20min-30min，隨爐冷卻。

雖然傳統緩沖層技術已經成能夠在一定程度上降低Al₂O₃材料和GaN材料存之間的晶格失配，在一定程度上提升了GaN基LED發光器件的發光效率，但采用傳統緩沖層，無論是緩沖層與藍寶石襯底之間還是緩沖層與N型GaN層之間，仍然存在大量的缺陷。

因此，提供一種LED外延緩沖層生長方法，進一步減少材料缺陷，提升LED的發光效率，是本技術領域亟待解決的技術問題。

發明內容

為了解決背景技術采用傳統緩沖層后，緩沖層與藍寶石襯底之間和緩沖層與N型GaN層之間仍然存在大量的缺陷的問題，本發明公開了一種LED外延緩沖層生長方法，能夠進一步減少LED外延生長缺陷，增加電子和空穴的復合效率，提升LED的發光效率。

為解決上述背景技術中的問題，本發明提供了一種LED外延緩沖層生長方法，包括：

選用高純度(99.999％)ZnO和MgO粉末，ZnO和MgO粉末按照1:1-1:1.2的比例混合，在130-150MPa液壓機的模具中進行壓實，之后在空氣中進行灼燒8-10h，得到MgZnO高純合金陶瓷靶；

將藍寶石襯底放入磁控濺射反應腔中，使用上述MgZnO高純合金陶瓷靶作為靶材，靶材與藍寶石襯底的距離為7-10cm，在腔體溫度為150-250℃，反應腔氣壓為1-1.5Pa，射頻功率為100-140W，通入10-40sccm氧氣和70-280sccm氬氣，且控制氧氣和氬氣的流速比為1:7的條件下，在所述藍寶石襯底上生長150-200nm厚的MgZnO薄膜，生長時間為15-20min；

將生長所述MgZnO薄膜的所述藍寶石襯底放入MOCVD反應腔，依次生長摻雜Si的N型GaN層、有源層MQW、P型AlGaN層和P型GaN層；

在溫度為700℃-800℃，通入100L/min-150L/min的N₂的條件下，保溫20-30min，隨爐冷卻。