一種提高led外延晶體質(zhì)量的外延生長(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LED外延晶體質(zhì) 量的外延生長(zhǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前LED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] 目前市場(chǎng)對(duì)LED品質(zhì)的要求提到了一個(gè)新的階段；但是藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)LED外 延GaN，因?yàn)樗{(lán)寶石和GaN材料晶格不同，存在晶格不匹配的情況，這是客觀存在的事實(shí)，導(dǎo) 致的后果是GaN內(nèi)位錯(cuò)密度很高，因而導(dǎo)致所生長(zhǎng)的外延層晶體質(zhì)量不高。

【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LED外延晶體質(zhì)量的外 延生長(zhǎng)方法，其能夠減少外延層位錯(cuò)密度，提高外延層晶體質(zhì)量。
[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LED外延晶體質(zhì)量的外延生長(zhǎng)方法，依次包括：處理襯底、生長(zhǎng)低溫緩沖 層GaN、生長(zhǎng)不摻雜GaN層、生長(zhǎng)摻雜Si的N型GaN層、交替生長(zhǎng)摻雜In的InxGa(1x)N/GaN 發(fā)光層、生長(zhǎng)P型AlGaN層、生長(zhǎng)摻雜Mg的P型GaN層，降溫冷卻，其特征在于，
[0007] 所述生長(zhǎng)不摻雜GaN層后還包括生長(zhǎng)不摻雜Si3N4/GaN超晶格層，所述生長(zhǎng)不摻雜 Si3N4/GaN超晶格層為：
[0008] 保持溫度到1000°C-1200°c，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-600mbar，通入流量為 50000sccm_60000sccm的NH3、20sccm_40sccm的TMGa、100L/min_130L/min的H2、10sccm的 SiH4，生長(zhǎng)100nm-500nm的不摻雜Si3N4/GaN超晶格層。
[0009] 優(yōu)選地，其中，所述生長(zhǎng)不摻雜Si3N4/GaN超晶格層進(jìn)一步為：
[0010] 生長(zhǎng)2nm_10nmGaN層：保持溫度壓力不變，通入流量為30000sccm-40000sccm的 NH3、20sccm_40sccm的TMGa、100L/min_130L/min的H2,生長(zhǎng) 2nm_10nmGaN層；
[0011] 生長(zhǎng)2nm_10nmSi3N4層：保持溫度壓力不變，通入流量為30000sccm-40000sccm的 NH3、100L/min-130L/min的H2、10sccm的SiH4,生長(zhǎng) 2-10nmSi3N4層；
[0012] 單元周期性生長(zhǎng)2nm-10nmGaN層和生長(zhǎng)2-10nmSi3N4層，周期數(shù)為25-50,生長(zhǎng) 2-10nmGaN層和生長(zhǎng)2-10nmSi3N4層的順序可置換。
[0013] 優(yōu)選地，其中，所述處理襯底進(jìn)一步為：在1000°(：-1100°(：的!12氣氛下，通入10017 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。
[0014] 優(yōu)選地，其中，所述生長(zhǎng)低溫緩沖層GaN進(jìn)一步為：
[0015]降溫至500°C-600°C，保持反應(yīng)腔壓力300mbar-600mbar，通入流量為 10000sccm_20000sccm的NH3、50sccm_100sccm的TMGa、100L/min_130L/min的H2、在藍(lán)寶 石襯底上生長(zhǎng)厚度為20nm-40nm的低溫緩沖層GaN。
[0016] 優(yōu)選地，其中，所述生長(zhǎng)不摻雜GaN層進(jìn)一步為：升高溫度到KKKrc-i2〇(rc，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(zhǎng) 2μm-4μm的不摻雜GaN層。
[0017] 優(yōu)選地，其中，所述生長(zhǎng)摻雜Si的N型GaN層進(jìn)一步為：
[0018] 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(zhǎng) 3μm_4μm慘雜Si的N型GaN，Si慘雜濃度 5E18atoms/cm3-lE19atoms/cm3;
[0019] 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、2sccm_10sccm的SiH4，持續(xù)生長(zhǎng) 200nm_400nm慘雜Si的N型GaN，Si慘雜濃度 5E17atoms/cm3-lE18atoms/cm3。
[0020] 優(yōu)選地，其中，所述交替生長(zhǎng)摻雜In的InxGa(1x)N/GaN發(fā)光層進(jìn)一步為：
[0021] 保持反應(yīng)腔壓力300mbar-400mbar、溫度700°C-750 °C，通入流量為 50000sccm_70000sccm的NH3、20sccm_40sccm的TMGa、1500sccm_2000sccm的TMIn、100L/ min-130L/min的N2，生長(zhǎng)摻雜In的 2. 5nm-3. 5nm的InxGauX)N層，X=(λ20-0. 25,發(fā)光波 長(zhǎng) 450nm_455nm;
[0022] 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_70000sccm的NH3、20sccm_100sccm的TMGa、100L/min_130L/min的N2，生長(zhǎng) 8nm_15nm的GaN層；
[0023] 重復(fù)InxGa(l-x)N的生長(zhǎng)，然后重復(fù)GaN的生長(zhǎng)，交替生長(zhǎng)InxGa(1x)N/GaN發(fā)光層， 控制周期數(shù)為7-15個(gè)。
[0024] 優(yōu)選地，其中，所述生長(zhǎng)P型AlGaN層進(jìn)一步為：
[0025] 保持反應(yīng)腔壓力200mbar-400mbar、溫度900°C-950 °C，通入流量為 50000sccm_70000sccm的NH3、30sccm_60sccm的TMGa、100L/min_130L/min的H2、 100sccm_130sccm的TMA1、1000sccm-1300sccm的Cp2Mg，持續(xù)生長(zhǎng) 50nm-100nm的P型AlGaN 層，A1 慘雜濃度lE20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg慘雜濃度lE19atoms/cm3-lE20atoms/ cm3。
[0026] 優(yōu)選地，其中，所述生長(zhǎng)摻Mg的P型GaN層進(jìn)一步為：
[0027] 保持反應(yīng)腔壓力400mbar-900mbar、溫度950°C-1000 °C，通入流量為 50000sccm_70000sccm的NH3、20sccm_100sccm的TMGa、100L/min_130L/min的H2、 1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，持續(xù)生長(zhǎng)50nm-100nm的摻Mg的P型GaN層，Mg摻雜濃度 lE19atoms/cm3-lE20atoms/cm3〇
[0028] 優(yōu)選地，其中，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。
[0029] 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：
[0030] 本發(fā)明提高LED外延晶體質(zhì)量的外延生長(zhǎng)方法中，在生長(zhǎng)不摻雜GaN層后，GaN位 錯(cuò)密度很高，在此之后生長(zhǎng)不摻雜Si3N4/GaN超晶格層，Si3N4/GaN超晶格有效的阻擋位錯(cuò)的 延生，使一部分位錯(cuò)在Si3N4/GaN超晶格內(nèi)形成閉合的環(huán)或者轉(zhuǎn)向，從而使得位錯(cuò)密度減小 或者位錯(cuò)不再向上層結(jié)構(gòu)延伸，能夠更大程度降低LED外延層位錯(cuò)密度，因此能夠有效的 提升上層結(jié)構(gòu)的晶體質(zhì)量，有利于提升LED的各方面性能。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 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：
[0032] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中LED外延層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖2為對(duì)比實(shí)施例1中LED外延層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 其中，1、襯底，2、緩沖層GaN，3、不摻雜GaN，4、Si3N4/GaN超晶格層，5、摻雜Si的N 型GaN，6、GaN，7、InxGa(1X)N，8、P型AlGaN，9、P型GaN。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 如在說(shuō)明書及權(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)明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的"包含"為一開放式用語(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)。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] 參見圖1，本發(fā)明運(yùn)用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和高純化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（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(zhǎng)方式如下：
[0038] -種提高LED外延晶體質(zhì)量的外延生長(zhǎng)方法，依次包括：處理襯底、生長(zhǎng)低溫緩沖 層GaN、生長(zhǎng)不摻雜GaN層、生長(zhǎng)摻雜Si的N型GaN層、交替生長(zhǎng)摻雜In的InxGa(1