[發(fā)明專利]一種降低P型GaN層電阻率的LED外延結(jié)構(gòu)及其生長方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811289199.9 | 申請日： | 2018-10-31 |
| 公開（公告）號： | CN109449268B | 公開（公告）日： | 2020-05-26 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 徐平 | 申請（專利權(quán)）人： | 湘能華磊光電股份有限公司 |
| 主分類號： | H01L33/32 | 分類號： | H01L33/32;H01L33/12;H01L33/06;H01L33/00 |
| 代理公司： | 長沙七源專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43214 | 代理人： | 鄭雋;吳婷 |
| 地址： | 423038 湖*** | 國省代碼： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 降低 gan 電阻率 led 外延 結(jié)構(gòu) 及其 生長 方法 | ||
本發(fā)明提供一種LED外延結(jié)構(gòu)的生長方法，包括高溫處理藍(lán)寶石襯底、生長低溫緩沖GaN層、生長不摻雜GaN層、生長摻雜Si的N型GaN層、生長多量子阱發(fā)光層、生長P型AlGaN層、生長P型GaN層以及退火降溫步驟；在生長P型GaN層時(shí)，先在900℃的NH3、TMGa環(huán)境下進(jìn)行預(yù)處理，然后在NH3、TMGa、H2、Cp2Mg環(huán)境下由870℃逐漸升溫至1000℃進(jìn)行生長；該P(yáng)型GaN層的厚度為50～200nm，所含氮原子與鎵原子的摩爾比控制為1400:1，Mg的摻雜濃度為1E19～1E20atoms/cm3。本發(fā)明降低了P型GaN層的電阻率，提高晶體質(zhì)量和空穴濃度，進(jìn)而提高LED的發(fā)光強(qiáng)度。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及LED制造領(lǐng)域，具體地，涉及一種可有效降低P型GaN層的電阻率、進(jìn)而提高LED發(fā)光強(qiáng)度且提高LED外延結(jié)構(gòu)表面平整度的方法，以及通過該方法制備得到的LED外延結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)
LED(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)是一種固體照明電子元件，因其具有體積小、耗電量低、使用壽命長、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而受到廣大消費(fèi)者的認(rèn)可，市場前景廣闊。在LED的外延結(jié)構(gòu)中，N層用于提供電子而P層用于提供空穴，電子和空穴在恒流電壓的驅(qū)動(dòng)下在有源層相遇并產(chǎn)生電子空穴對復(fù)合，通過釋放光子的形式實(shí)現(xiàn)發(fā)光功能。目前國內(nèi)外LED的生產(chǎn)規(guī)模雖然在逐步擴(kuò)大，但產(chǎn)品本身仍存在發(fā)光效率低下的問題，不能滿足市場上對于LED亮度和光效的需求，繼而影響到LED的應(yīng)用范圍和節(jié)能效果。
造成上述現(xiàn)象的原因眾多，這給本領(lǐng)域研究人員提供了多種優(yōu)化路徑；其中傳統(tǒng)LED外延結(jié)構(gòu)中的P型層(即P型GaN層)的電阻率偏高，空穴濃度低，晶體質(zhì)量不高，是導(dǎo)致LED芯片發(fā)光效率低下的原因之一。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服在背景技術(shù)中提到的上述問題，本發(fā)明提供一種可有效降低P型GaN層的電阻率的LED生長方法以及通過該方法制備得到的LED外延結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到提高LED發(fā)光強(qiáng)度的目的。
一種降低P型GaN層電阻率的LED外延結(jié)構(gòu)的生長方法，依次包括高溫處理藍(lán)寶石襯底、生長低溫緩沖GaN層、生長不摻雜GaN層、生長摻雜Si的N型GaN層、生長多量子阱發(fā)光層、生長P型AlGaN層、生長P型GaN層以及退火降溫的步驟；其中生長P型GaN層的步驟包括預(yù)處理過程和升溫生長過程。
上述生長P型GaN層的具體步驟如下：
A、保持反應(yīng)腔內(nèi)壓力為500～600mbar、溫度為850～900℃，通入流量為80～100L/min的NH3、15～20L/min的TMGa進(jìn)行預(yù)處理；
B、保持反應(yīng)腔內(nèi)壓力為400～600mbar，通入流量為50000～70000sccm的NH3、20～100sccm的TMGa、100～130L/min的H2、1000～3000sccm的Cp2Mg，生長過程中控制反應(yīng)腔內(nèi)的溫度從870℃逐漸升溫至1000℃，氮原子與鎵原子的摩爾比控制為1400:1～1500:1，持續(xù)生長50～200nm厚度的P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為1E19atoms/cm3～1E20atoms/cm3。
優(yōu)選地，控制反應(yīng)腔溫度以每秒0.5～1℃的速度從870℃逐漸升溫至1000℃。
優(yōu)選地，所述高溫處理藍(lán)寶石襯底的步驟為：保持反應(yīng)腔內(nèi)壓力為100～300mbar、溫度為1000～1100℃，通入流量為100～130L/min的H2，熱處理藍(lán)寶石襯底8～10分鐘。
優(yōu)選地，所述退火降溫的步驟為：反應(yīng)腔內(nèi)溫度降至650～680℃，保溫20～30min，關(guān)閉加熱及給氣系統(tǒng)，制得的LED外延結(jié)構(gòu)隨爐冷卻。
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