CN103413879B - Led外延的生长方法以及通过此方法获得的led芯片 - Google Patents
Led外延的生长方法以及通过此方法获得的led芯片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103413879B CN103413879B CN201310350561.XA CN201310350561A CN103413879B CN 103413879 B CN103413879 B CN 103413879B CN 201310350561 A CN201310350561 A CN 201310350561A CN 103413879 B CN103413879 B CN 103413879B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- growth
- thickness
- layer
- gan layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种LED外延的生长方法，包括衬底的预处理、生长低温缓冲层、生长不掺杂Si的GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长多量子阱发光层、生长电子阻挡层、生长高温P型GaN层以及退火步骤，其中生长高温P型GaN层步骤包括重复循环的15-20个生长周期，一个生长周期包括一个低压高温生长步骤和一个高压高温生长步骤，应用本发明的技术方案，具有以下优点：（1）通过低压高温生长步骤来提高P型GaN层的空穴浓度；（2）通过高压高温生长步骤来提高P型GaN层的空穴迁移率，因此，应用本发明的技术方案，空穴浓度以及空穴迁移率均得到提高，使得LED芯片亮度提高的同时驱动电压降低，具有很大的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及领域LED领域，尤其涉及一种LED外延的生长方法。
背景技术
市场上的大功率LED芯片都要求光功率高且驱动电压低，光功率一定程度上受到P层空穴浓度的限制，驱动电压一定程度上受到P层空穴迁移率的限制。空穴浓度增加，发光层空穴和电子的复合效率增加，高光功率增加；P层空穴迁移率增加，驱动电压降低。
而目前MOCVD生长P型GaN为恒定压力生长，恒定Mg的掺杂，存在光功率低或者驱动电压高的缺点，主要是因为现有技术中均采用恒压恒Mg掺杂。传统P型GaN在低压下掺Mg，该方法得到的P型GaN电阻率高，但是低压下Mg的掺杂效率较高，Mg的掺杂浓度较高，产生的空穴浓度比较高；传统P型GaN在高压下掺Mg后得到的P型GaN电阻率低，空穴的迁移率高，但是Mg的掺杂效率较低，Mg的掺杂浓度较低，产生的空穴浓度比较低。因此，恒压生长恒定Mg的掺杂的P层生长方式存在空穴迁移率低或者空穴浓度低的缺点，因此，在现实生活中的应用受到很大的限制。
发明内容
本发明目的在于提供一种能同时提高空穴迁移率和空穴浓度的LED外延的生长方法，应用此种方法得到的LED芯片，既能大大提高其光功率，又能降低其驱动电压。为了达到以上技术效果，采用的技术方案如下：
一种LED外延的生长方法，该方法在MOCVD反应室中进行，依次包括蓝宝石衬底预处理、生长低温缓冲层、生长不掺杂Si的GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长多量子阱发光层、生长电子阻挡层、生长高温P型GaN层以及退火步骤；
所述生长高温P型GaN层步骤中包括：
A、将反应室内的温度经过70s-100s升高至1100-1200℃，保持恒定；
B、依次以低压高温生长步骤和高压高温生长步骤或者依次以高压高温生长步骤和低压高温生长步骤为一个周期，重复循环15-20个周期；
所述低压高温生长步骤具体为：将反应室内的压力控制在150-200mbar，生长厚度为3-6nm的P型GaN层，其中Mg的掺杂浓度为9E+18-1E+19atom/cm3；
所述高压高温生长步骤具体为：将反应室内的压力控制在600-800mbar，生长厚度为5-10nm的P型GaN层，其中Mg的掺杂浓度为3E+18-5E+18atom/cm3。
GaN为氮化镓；MOCVD反应室指金属有机化合物化学气相淀积反应室。
以上技术方案中优选的，所述衬底选用蓝宝石，所述衬底的预处理步骤具体为：将蓝宝石衬底放入反应室中，温度经过480s-540s升高至1000-1100℃；用氢气作为载气，反应室内压力控制在150-200mbar，高温处理5-7min。此方法中还可以采用单晶硅、碳化硅单晶等等作为衬底。
以上技术方案中优选的，所述生长低温缓冲层步骤具体为：将反应室内的温度经过320s-380s降低至540-590℃，压力控制在450-600mbar，生长厚度为30-45nm的低温缓冲层GaN。
以上技术方案中优选的，所述生长不掺杂Si的GaN层步骤具体为：将反应室内的温度经过380s-400s升高至1100-1200℃，压力控制在300-600mbar，生长厚度为3-4um的不掺杂Si的GaN层。
以上技术方案中优选的，所述生长掺杂Si的N型GaN层步骤具体为：将反应室内的温度保持在1100-1200℃，压力降低至150-300mbar，生长厚度为4.0-4.5μm的掺杂Si的N型GaN层，其中Si的掺杂浓度为5E+18-1E+19atom/cm3。
以上技术方案中优选的，所述生长多量子阱发光层步骤具体为：将反应室内的温度经过260s-320s降低至760-880℃，压力控制在300-450mbar，以先生长一个厚度为2.7-3.5nm的InxGa（1-x）N阱层后再生长一个厚度为11.0-13.0nm的GaN垒为一个周期，重复循环13-15个周期，其中x=0.20-0.23，In的掺杂浓度为1E+20-3E+20atom/cm3。
以上技术方案中优选的，所述生长电子阻挡层步骤具体为：将反应室内的温度经过70s-100s升高至920-970℃，压力控制在150-300mbar，生长厚度为40-50nm的电子阻挡层，其中Mg的掺杂浓度为2E+18-5E+18atom/cm3，Al的掺杂浓度为2E+20-4E+20atom/cm3。
以上技术方案中优选的，所述退火步骤具体为：反应室内的温度经过400s-480s降低至750-790℃，压力控制在600-800mbar，炉内退火25-30min，然后炉内降温冷却即可。
本发明方法简单，适合工业生产；通过低压高温生长步骤和高压高温生长步骤的多次重复循环能获得高的空穴迁移率和高的空穴浓度，因此，最后获得的LED芯片既具有高的光功率，又具有低的驱动电压。
本发明还公开了采用上述LED外延的生长方法获得的LED芯片，所述LED芯片的衬底上由下到上依次包括：
a、低温缓冲层：厚度为30-45nm；
b、不掺杂Si的GaN层：厚度为3-4um；
c、掺杂Si的N型GaN层：厚度为4.0-4.5μm，Si的掺杂浓度为5E+18-1E+19atom/cm3；
d、多量子阱发光层：包括13-15个重叠单元，一个重叠单元依次包括一个厚度为2.7-3.5nm的InxGa（1-x）N阱层和一个厚度为11.0-13.0nm的GaN垒，其中x=0.20-0.23，In的掺杂浓度为1E+20-3E+20atom/cm3；
e、电子阻挡层：厚度为40-50nm，Mg的掺杂浓度为2E+18-5E+18atom/cm3，Al的掺杂浓度为2E+20-4E+20atom/cm3；
f、高温P型GaN层：包括15-20个重叠层，每一个重叠层包括一个低压高温条件下形成的厚度为3-6nm的P型GaN层和一个高压高温条件下形成的厚度为5-10nm的P型GaN层；低压高温条件下Mg的掺杂浓度为9E+18-1E+19atom/cm3；高压高温条件下Mg的掺杂浓度为3E+18-5E+18atom/cm3。
优选的，所述LED芯片的衬底上由下到上依次包括：
a、低温缓冲层：厚度为40nm；
b、不掺杂Si的GaN层：厚度为4um；
c、掺杂Si的N型GaN层：厚度为4.5μm，Si的掺杂浓度为3E+18atom/cm3；
d、多量子阱发光层：厚度为210nm，包括14个重叠单元，每一个重叠单元依次包括一个厚度为3.0nm的InxGa（1-x）N阱层和一个厚度为12.0nm的GaN垒，其中x=0.20，In的掺杂浓度为2E+20atom/cm3；
e、电子阻挡层：厚度为50nm，Mg的掺杂浓度为3E+18atom/cm3，Al的掺杂浓度为3E+20atom/cm3；
f、高温P型GaN层：包括15个重叠层，每一个重叠层包括一个低压高温条件形成的厚度为5nm的P型GaN层和一个高压高温条件下形成的厚度为8nm的P型GaN层；低压高温条件下Mg的掺杂浓度为9E+18atom/cm3；高压高温条件下Mg的掺杂浓度为4E+18atom/cm3。
以上LED芯片具有高空穴迁移率和高空穴浓度，因此，LED芯片的光功率高，驱动电压低，实用性强。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例2中LED产品的结构示意图；
图2是本发明实施例3中LED产品的结构示意图；
图3是对比实施例中LED产品的结构示意图；
图4是样品1、样品2以及样品3的亮度分布对比图；
图5是样品1、样品2以及样品3的驱动电压分布对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
本发明公开一种LED外延的生长方法，采用MOCVD技术，利用高纯H2或高纯N2或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为氮源，三甲基镓（TMGa）作为镓源，三甲基铟（TMIn）作为铟源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，三甲基铝（TMAl）作为铝源，二茂镁（CP2Mg）作为P型掺杂剂，蓝宝石作为衬底。
该方法具体包括以下步骤：
步骤一：蓝宝石衬底预处理：将蓝宝石衬底放入反应室中，经过480s-540s升温至1000-1100℃；用氢气作为载气，压力控制在150-200mbar，高温处理5-7min；
步骤二：生长低温缓冲层：将反应室的温度经过320s-380s降低至540-590℃下，压力控制在450-600mbar，生长厚度为30-45nm的低温缓冲层GaN；
步骤三：生长不掺杂的GaN层：将反应室的温度经过380s-400s升高至1100-1200℃，压力控制在300-600mbar，将带有低温缓冲层GaN的蓝宝石衬底上继续生长厚度为3-4um的不掺杂GaN；
步骤四：生长掺杂Si的N型GaN层：将反应室中的温度保持在1100-1200℃，压力降为150-300mbar，生长厚度为4.0-4.5μm持续掺杂硅的N型GaN，其中Si的掺杂浓度为5E+18-1E+19atom/cm3；
步骤五：生长多量子阱发光层：将反应室中的温度经过260s-320s降低至760-880℃，压力控制在300-450mbar，生长厚度为178-248nm的多量子发光层，生长步骤具体包括13-15个重复循环的生长周期，其中，以先生长一个厚度为2.7-3.5nm的InxGa（1-x）N阱层后再生长一个厚度为11.0-13.0nm的GaN垒为一个生长周期，其中x=0.20-0.23，In的掺杂浓度为1E+20-3E+20atom/cm3；
步骤六：生长电子阻挡层：将反应室内的温度经过70s-100s升高至920-970℃，压力控制在150-300mbar，生长厚度为40-50nm的掺Al、Mg的PAlGaN电子阻挡层，其中Mg的掺杂浓度为2E+18-5E+18atom/cm3，Al的掺杂浓度为2E+20-4E+20atom/cm3；
步骤七：生长高温P型GaN层：具体包括：
A、将反应室内的温度经过70s-100s升高至1100-1200℃，保持恒定；
B、依次以低压高温生长步骤和高压高温生长步骤或者依次以高压高温生长步骤和低压高温生长步骤为一个周期，重复循环15-20个周期；
所述低压高温生长步骤具体为：将反应室内的压力控制在150-200mbar，生长厚度为3-6nm的P型GaN层，其中Mg的掺杂浓度为9E+18-1E+19atom/cm3；
所述高压高温生长步骤具体为：将反应室内的压力控制在600-800mbar，生长厚度为5-10nm的P型GaN层，其中Mg的掺杂浓度为3E+18-5E+18atom/cm3；
步骤八：退火步骤：将反应室内的压力控制在600-800mbar，通过400s-480s将温度降低至750-790℃，炉内退火25-30min，然后炉内降温冷却即可。
以上步骤中，GaN为氮化镓。
本发明方法工艺简单，适于生产；通过此方法获得的LED产品具体光功率高、驱动电压低的技术效果。
实施例2：
本发明公开一种LED产品，具体结构如图1所示，所述LED芯片由下到上依次包括：
a、蓝宝石衬底10；
b、低温缓冲层11：厚度为40nm；
c、不掺杂Si的GaN层12：厚度为4um；
d、掺杂Si的N型GaN层13：厚度为4.5μm，Si的掺杂浓度为3E+18atom/cm3；
e、多量子阱发光层14：厚度为210nm，包括14个重叠单元，每一个重叠单元依次包括一个厚度为3.0nm的InxGa（1-x）N阱层和一个厚度为12.0nm的GaN垒层，其中x=0.20，In的掺杂浓度为2E+20atom/cm3；
f、电子阻挡层15：厚度为50nm，Mg的掺杂浓度为3E+18atom/cm3，Al的掺杂浓度为3E+20atom/cm3；
g、高温P型GaN层16：包括15个重叠层，每一个重叠层依次包括一个低压高温条件形成的厚度为5nm的P型GaN层161和一个高压高温条件下形成的厚度为8nm的P型GaN层162；低压高温条件下Mg的掺杂浓度为9E+18atom/cm3；高压高温条件下Mg的掺杂浓度为4E+18atom/cm3。
上述LED产品中LED外延的生长方法具体如下：
采用MOCVD技术，利用高纯N2作为载气，高纯NH3作为氮源，三甲基镓（TMGa）作为镓源，三甲基铟（TMIn）作为铟源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，三甲基铝（TMAl）作为铝源，二茂镁（CP2Mg）作为P型掺杂剂，蓝宝石作为衬底。
包括以下步骤：
步骤一：将蓝宝石衬底放入反应室中，温度经过500s升高至1100℃；用氢气作为载气，反应室内压力控制在200mbar，高温处理7min；
步骤二：生长低温缓冲层11：所述生长低温缓冲层步骤具体为：将反应室内的温度经过350s降低至550℃，压力控制在450mbar，生长厚度为40nm的低温缓冲层GaN；
步骤三：生长不掺杂Si的GaN层12：所述生长不掺杂Si的GaN层步骤具体为：将反应室内的温度经过400s升高至1200℃，压力控制在600mbar，生长厚度为4um的不掺杂Si的GaN层；
步骤四：生长掺杂Si的N型GaN层13：将反应室内的温度保持在1200℃，压力降低至150mbar，生长厚度为4.5μm的掺杂Si的N型GaN层，其中Si的掺杂浓度为9E+18atom/cm3；
步骤五：生长多量子阱发光层14：将反应室内的温度经过320s降低至760℃，压力控制在400mbar，以生长一个厚度为3.0nm的InxGa（1-x）N阱层后再生长一个厚度为12.0nm的GaN垒为一周期，重复循环13-15个，其中x=0.20-0.23，In的掺杂浓度为2E+20atom/cm3；
步骤六：生长电子阻挡层15：将反应室内的温度经过90s升高至950℃，压力控制在300mbar，生长厚度为50nm的电子阻挡层，其中Mg的掺杂浓度为3E+18atom/cm3，Al的掺杂浓度为3E+20atom/cm3；
步骤七：生长高温P型GaN层16：具体包括：
A、将反应室内的温度经过100s升高至1095℃，保持恒定；
B、低压高温生长步骤：将反应室内的压力控制在150mbar，生长厚度为5nm的P型GaN层161，其中Mg的掺杂浓度为9E+18atom/cm3；
C、高压高温生长步骤：将反应室内的压力经过30s从150mbar升高至800mbar，生长厚度为8nm的P型GaN层162，其中Mg的掺杂浓度为4E+18atom/cm3；将反应室内的压力经过30s降低至150mbar；
D、依次以步骤B和步骤C为一个周期，重复循环15个周期；
步骤八：退火步骤：反应室内的温度经过400s降低至750℃，压力控制在800mbar，炉内退火25min，然后炉内降温冷却即可。
以上步骤中，GaN为氮化镓。
通过此方法获得的LED产品具有高空穴迁移率和高空穴浓度，因此，LED芯片的光功率高，驱动电压低，实用性强；且生产过程简单，适于工业化应用。
实施例3：
本发明公开一种LED产品，具体结构如图2所示，所述LED芯片由下到上依次包括：
a、蓝宝石衬底20；
b、低温缓冲层21：厚度为40nm；
c、不掺杂Si的GaN层22：厚度为4um；
d、掺杂Si的N型GaN层23：厚度为4.5μm，Si的掺杂浓度为3E+18atom/cm3；
e、多量子阱发光层24：厚度为210nm，包括14个重叠单元，一个重叠单元依次包括一个厚度为3.0nm的InxGa（1-x）N阱层和一个厚度为12.0nm的GaN垒层，其中x=0.20，In的掺杂浓度为2E+20atom/cm3；
f、电子阻挡层25：厚度为50nm，Mg的掺杂浓度为3E+18atom/cm3，Al的掺杂浓度为3E+20atom/cm3；
g、高温P型GaN层26：包括15个重叠层，每一个重叠层依次包括一个高压高温条件下形成的厚度为8nm的P型GaN层261和一个低压高温条件形成的厚度为5nm的P型GaN层262；低压高温条件下Mg的掺杂浓度为9E+18atom/cm3；高压高温条件下Mg的掺杂浓度为4E+18atom/cm3。
上述LED产品中LED外延的生长方法具体如下：
采用MOCVD技术，利用高纯N2作为载气，高纯NH3作为氮源，三甲基镓（TMGa）作为镓源，三甲基铟（TMIn）作为铟源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，三甲基铝（TMAl）作为铝源，二茂镁（CP2Mg）作为P型掺杂剂，蓝宝石作为衬底。
包括以下步骤：
步骤一：采用蓝宝石作为衬底20，将所述蓝宝石衬底放入反应室中，温度经过500s升高至1100℃；用氢气作为载气，反应室内压力控制在200mbar，高温处理7min；
步骤二：生长低温缓冲层21：所述生长低温缓冲层步骤具体为：将反应室内的温度经过350s降低至550℃，压力控制在450mbar，生长厚度为40nm的低温缓冲层GaN；
步骤三：生长不掺杂Si的GaN层22：所述生长不掺杂Si的GaN层步骤具体为：将反应室内的温度经过400s升高至1200℃，压力控制在600mbar，生长厚度为4um的不掺杂Si的GaN层；
步骤四：生长掺杂Si的N型GaN层23：将反应室内的温度保持在1200℃，压力降低至150mbar，生长厚度为4.5μm的掺杂Si的N型GaN层，其中Si的掺杂浓度为9E+18atom/cm3；
步骤五：生长多量子阱发光层24：将反应室内的温度经过320s降低至760℃，压力控制在400mbar，以生长一个厚度为3.0nm的InxGa（1-x）N阱层后再生长一个厚度为12.0nm的GaN垒为一周期，重复循环13-15个，其中x=0.20-0.23，In的掺杂浓度为2E+20atom/cm3；
步骤六：生长电子阻挡层25：将反应室内的温度经过90s升高至950℃，压力控制在300mbar，生长厚度为50nm的电子阻挡层，其中Mg的掺杂浓度为3E+18atom/cm3，Al的掺杂浓度为3E+20atom/cm3；
步骤七：生长高温P型GaN层26：具体包括：
A、将反应室内的温度经过100s升高至1095℃，保持恒定；
B、高压高温生长步骤：将反应室内的压力经过30s从150mbar升高至800mbar，生长厚度为8nm的P型GaN层361，其中Mg的掺杂浓度为4E+18atom/cm3；
C、低压高温生长步骤：将反应室内的压力经过30s降低至150mbar，生长厚度为5nm的P型GaN层362，其中Mg的掺杂浓度为9E+18atom/cm3；
D、依次以步骤B和步骤C为一个周期，重复循环15个周期；
步骤八：退火步骤：反应室内的温度经过400s降低至750℃，压力控制在800mbar，炉内退火25min，然后炉内降温冷却即可。
以上步骤中，GaN为氮化镓。
通过此方法获得的LED产品具有高空穴迁移率和高空穴浓度，因此，LED芯片的光功率高，驱动电压低，实用性强；且生产过程简单，适于工业化应用。
对比实施例：
本实施例为现有技术中的LED产品，具体结构如图3所示，LED产品由下到上依次包括
a、蓝宝石衬底30；
b、低温缓冲层31：厚度为40nm；
c、不掺杂Si的GaN层32：厚度为4um；
d、掺杂Si的N型GaN层33：厚度为4.5μm，Si的掺杂浓度为3E+18atom/cm3；
e、多量子阱发光层34：厚度为210nm，包括14个生长单元，每一个生长单元包括3.0nm的InxGa（1-x）N阱层和12.0nm的GaN垒，其中x=0.20，Si的掺杂浓度为2E+20atom/cm3；
f、电子阻挡层35：厚度为50nm，Mg的掺杂浓度为3E+18atom/cm3，Al的掺杂浓度为3E+20atom/cm3；
g、高压高温P型GaN层36：厚度为8nm，Mg的掺杂浓度为4E+18atom/cm3。
上述LED产品中LED外延的生长方法具体如下：
采用MOCVD技术，利用高纯N2作为载气，高纯NH3作为氮源，三甲基镓（TMGa）作为镓源，三甲基铟（TMIn）作为铟源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，三甲基铝（TMAl）作为铝源，二茂镁（CP2Mg）作为P型掺杂剂，蓝宝石作为衬底。
包括以下步骤：
采用MOCVD技术，利用高纯N2作为载气，高纯NH3作为氮源，三甲基镓（TMGa）作为镓源，三甲基铟（TMIn）作为铟源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，三甲基铝（TMAl）作为铝源，二茂镁（CP2Mg）作为P型掺杂剂，蓝宝石作为衬底。
包括以下步骤：
步骤一：将蓝宝石衬底30放入反应室中，温度经过500s升高至1100℃；用氢气作为载气，反应室内压力控制在200mbar，高温处理7min；
步骤二：生长低温缓冲层31：所述生长低温缓冲层步骤具体为：将反应室内的温度经过350s降低至550℃，压力控制在450mbar，生长厚度为40nm的低温缓冲层GaN；
步骤三：生长不掺杂Si的GaN层32：所述生长不掺杂Si的GaN层步骤具体为：将反应室内的温度经过400s升高至1200℃，压力控制在600mbar，生长厚度为4um的不掺杂Si的GaN层；
步骤四：生长掺杂Si的N型GaN层33：将反应室内的温度保持在1200℃，压力降低至150mbar，生长厚度为4.5μm的掺杂Si的N型GaN层，其中Si的掺杂浓度为9E+18atom/cm3；
步骤五：生长多量子阱发光层34：将反应室内的温度经过320s降低至760℃，压力控制在400mbar，以生长一个厚度为3.0nm的InxGa（1-x）N阱层后再生长一个厚度为12.0nm的GaN垒为一周期，重复循环13-15个，其中x=0.20-0.23，In的掺杂浓度为2E+20atom/cm3；
步骤六：生长电子阻挡层35：将反应室内的温度经过90s升高至950℃，压力控制在300mbar，生长厚度为50nm的电子阻挡层，其中Mg的掺杂浓度为3E+18atom/cm3，Al的掺杂浓度为3E+20atom/cm3；
步骤七：生长高压高温P型GaN层36：将反应室内温度经过100s升高至1085℃，保持恒定；反应室压力保持为200mbar，生长8nm的高压高温P型GaN层，其中Mg的掺杂浓度为4E+18atom/cm3。
步骤八：退火步骤：反应室内的温度经过400s降低至750℃，压力控制在800mbar，炉内退火25min，然后炉内降温冷却即可。
以上步骤中，GaN为氮化镓。
对比实施例为现有技术，高压高温生长P型GaN层，获得的产品命名为样品1。
本发明实施例2为先低压高温生长再高压高温生长P型GaN层的生长方法，获得的产品命名为样品2。
本发明实施例3为先高压高温生长再低压高温生长P型GaN层的生长方法，获得的产品命名为样品3。
现有技术的样品1和本发明的样品2以及样品3的外延生长方法不同点在于生长P层GaN层的方法，其他条件完全一样，如表1所示，表1中的时间主要是根据生长速率来控制某一层的生长厚度，如果生长速率一样，则此处的时间相当于厚度。
表1样品1、样品2以及样品3的参数对比表
将样品1、样品2以及样品3在相同的前工艺条件下镀ITO层1000-1500埃，相同的条件下镀Cr/Pt/Au电极1200-1500埃，相同的条件下镀保护层SiO2200-300埃，然后在相同的条件下将样品研磨切割成762μm×762μm规格，即为30mil×30mil的芯片颗粒，然后进行光功率测试，如图4所示，从图中可以看出，样品2和样品3重叠，样品2及样品3较样品1的亮度从440-460mw增加至470-490mw，因此，样品2及样品3的光功率高于样品1的光功率。
样品1、样品2以及样品3在相同位置各自挑选150颗晶粒，在相同的封装工艺下，封装成白光LED，然后采用积分球在驱动电流350mA条件下测试样品1、样品2以及样品3的光电性能，如图5所示，从图中可以看出，样品2和样品3重叠，样品2及样品3较样品1驱动电压从3.4-3.5V降低至3.2-3.35V，因此，样品2及样品3的驱动电压有一定的降低。
综上所述，采用本发明方法所得到的LED产品，光功率高于现有技术的产品，且驱动电压低于现有技术的产品，具有很大的现实使用价值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在
本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种LED外延的生长方法，其特征在于：该方法在MOCVD反应室中进行，依次包括衬底的预处理、生长低温缓冲层、生长不掺杂Si的GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长多量子阱发光层、生长电子阻挡层、生长高温P型GaN层以及退火步骤；
所述生长高温P型GaN层的步骤包括：
A、将反应室内的温度经过70s-100s升高至1100-1200℃，保持恒定；
B、依次以低压高温生长步骤和高压高温生长步骤或者依次以高压高温生长步骤和低压高温生长步骤为一个周期，重复循环15-20个周期，
其中，所述低压高温生长步骤具体为：将反应室内的压力控制在150-200mbar，生长厚度为3-6nm的P型GaN层，其中Mg的掺杂浓度为9E+18-1E+19atom/cm3；
所述高压高温生长步骤具体为：将反应室内的压力控制在600-800mbar，生长厚度为5-10nm的P型GaN层，其中Mg的掺杂浓度为3E+18-5E+18atom/cm3。
2.根据权利要求1所述的LED外延的生长方法，其特征在于：所述衬底为蓝宝石，所述衬底的预处理步骤具体为：将蓝宝石衬底放入反应室中，温度经过480s-540s升高至1000-1100℃；用氢气作为载气，反应室内压力控制在150-200mbar，高温处理5-7min。
3.根据权利要求1所述的LED外延的生长方法，其特征在于：所述生长低温缓冲层步骤具体为：将反应室内的温度经过320s-380s降低至540-590℃，压力控制在450-600mbar，生长厚度为30-45nm的低温缓冲层GaN。
4.根据权利要求1所述的LED外延的生长方法，其特征在于：所述生长不掺杂Si的GaN层步骤具体为：将反应室内的温度经过380s-400s升高至1100-1200℃，压力控制在300-600mbar，生长厚度为3-4μm的不掺杂Si的GaN层。
5.根据权利要求1所述的LED外延的生长方法，其特征在于：所述生长掺杂Si的N型GaN层步骤具体为：将反应室内的温度保持在1100-1200℃，压力降低至150-300mbar，生长厚度为4.0-4.5μm的掺杂Si的N型GaN层，其中Si的掺杂浓度为5E+18-1E+19atom/cm3。
6.根据权利要求1所述的LED外延的生长方法，其特征在于：所述生长多量子阱发光层步骤具体为：将反应室内的温度经过260s-320s降低至760-880℃，压力控制在300-450mbar，以先生长一个厚度为2.7-3.5nm的InxGa(1-x)N阱层后再生长一个厚度为11.0-13.0nm的GaN垒为一个周期，重复循环13-15个周期，其中x＝0.20-0.23，In的掺杂浓度为1E+20-3E+20atom/cm3。
7.根据权利要求1所述的LED外延的生长方法，其特征在于：所述生长电子阻挡层步骤具体为：将反应室内的温度经过70s-100s升高至920-970℃，压力控制在150-300mbar，生长厚度为40-50nm的电子阻挡层，其中Mg的掺杂浓度为2E+18-5E+18atom/cm3，Al的掺杂浓度为2E+20-4E+20atom/cm3。
8.根据权利要求1所述的LED外延的生长方法，其特征在于：所述退火步骤具体为：反应室内的温度经过400s-480s降低至750-790℃，压力控制在600-800mbar，炉内退火25-30min，然后炉内降温冷却即可。
9.一种LED芯片，其特征在于：该LED芯片通过权利要求1-8所述LED外延的生长方法获得；
所述LED芯片的衬底上由下到上依次包括：
a、低温缓冲层：厚度为30-45nm；
b、不掺杂Si的GaN层：厚度为3-4μm；
c、掺杂Si的N型GaN层：厚度为4.0-4.5μm，Si的掺杂浓度为5E+18-1E+19atom/cm3；
d、多量子阱发光层：包括13-15个重叠单元，每一个重叠单元依次包括一个厚度为2.7-3.5nm的InxGa(1-x)N阱层和一个厚度为11.0-13.0nm的GaN垒，其中x＝0.20-0.23，In的掺杂浓度为1E+20-3E+20atom/cm3；
e、电子阻挡层：厚度为40-50nm，Mg的掺杂浓度为2E+18-5E+18atom/cm3，Al的掺杂浓度为2E+20-4E+20atom/cm3；
f、高温P型GaN层：包括15-20个重叠层，每一个重叠层包括一个低压高温条件下形成的厚度为3-6nm的P型GaN层和一个高压高温条件下形成的厚度为5-10nm的P型GaN层；其中低压高温条件下Mg的掺杂浓度为9E+18-1E+19atom/cm3；高压高温条件下Mg的掺杂浓度为3E+18-5E+18atom/cm3。
10.根据权利要求9所述的LED芯片，其特征在于：所述LED芯片的衬底上由下到上依次包括：
a、低温缓冲层：厚度为40nm；
b、不掺杂Si的GaN层：厚度为4μm；
c、掺杂Si的N型GaN层：厚度为4.5μm，其中Si的掺杂浓度为9E+18atom/cm3；
d、多量子阱发光层：厚度为210nm，包括14个重叠单元，每一个重叠单元依次包括一个厚度为3.0nm的InxGa(1-x)N阱层和一个厚度为12.0nm的GaN垒层，其中x＝0.20，In的掺杂浓度为2E+20atom/cm3；
e、电子阻挡层：厚度为50nm，其中Mg的掺杂浓度为3E+18atom/cm3，Al的掺杂浓度为3E+20atom/cm3；
f、高温P型GaN层：包括15个重叠层，每一个重叠层包括一个低压高温条件形成的厚度为5nm的P型GaN层和一个高压高温条件下形成的厚度为8nm的P型GaN层；其中低压高温条件下Mg的掺杂浓度为9E+18atom/cm3；高压高温条件下Mg的掺杂浓度为4E+18atom/cm3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310350561.XA CN103413879B (zh) | 2013-08-13 | 2013-08-13 | Led外延的生长方法以及通过此方法获得的led芯片 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310350561.XA CN103413879B (zh) | 2013-08-13 | 2013-08-13 | Led外延的生长方法以及通过此方法获得的led芯片 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103413879A CN103413879A (zh) | 2013-11-27 |
| CN103413879B true CN103413879B (zh) | 2015-12-09 |
Family
ID=49606877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310350561.XA Active CN103413879B (zh) | 2013-08-13 | 2013-08-13 | Led外延的生长方法以及通过此方法获得的led芯片 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103413879B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103700745B (zh) * | 2014-01-03 | 2016-09-14 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种高亮度氮化镓基发光二极管外延生长方法 |
| CN104638083B (zh) * | 2015-02-04 | 2018-11-09 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | GaN基LED外延结构及其制作方法 |
| CN106328783A (zh) * | 2015-06-29 | 2017-01-11 | 南通同方半导体有限公司 | 一种能提高抗静电能力和发光效率的蓝光led外延结构 |
| CN105244424B (zh) * | 2015-11-03 | 2017-07-18 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种提高led器件光效的外延生长方法 |
| CN105336825B (zh) * | 2015-11-03 | 2018-12-28 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延生长方法 |
| CN106328494A (zh) * | 2016-09-20 | 2017-01-11 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 提高光效的led外延生长方法 |
| CN109166950B (zh) * | 2018-09-14 | 2024-04-19 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 发光二极管的半导体芯片及其量子阱层和制造方法 |
| CN114242860B (zh) * | 2021-12-27 | 2024-11-26 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | Led芯片及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5753939A (en) * | 1994-09-20 | 1998-05-19 | Toyoda Gosei Kk | Light-emitting semiconductor device using a Group III nitride compound and having a contact layer upon which an electrode is formed |
| CN101521258A (zh) * | 2009-03-27 | 2009-09-02 | 武汉华灿光电有限公司 | 一种提高发光二极管外量子效率的方法 |
| CN102859723A (zh) * | 2010-02-19 | 2013-01-02 | 夏普株式会社 | 氮化物半导体发光元件及氮化物半导体发光元件的制造方法 |
| CN103187497A (zh) * | 2013-01-28 | 2013-07-03 | 上海博恩世通光电股份有限公司 | 一种提高大尺寸芯片光效的外延结构及其生长方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3198678B2 (ja) * | 1992-10-29 | 2001-08-13 | 豊田合成株式会社 | 窒素−３族元素化合物半導体発光素子 |
| JP2010258096A (ja) * | 2009-04-22 | 2010-11-11 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
-
2013
- 2013-08-13 CN CN201310350561.XA patent/CN103413879B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5753939A (en) * | 1994-09-20 | 1998-05-19 | Toyoda Gosei Kk | Light-emitting semiconductor device using a Group III nitride compound and having a contact layer upon which an electrode is formed |
| CN101521258A (zh) * | 2009-03-27 | 2009-09-02 | 武汉华灿光电有限公司 | 一种提高发光二极管外量子效率的方法 |
| CN102859723A (zh) * | 2010-02-19 | 2013-01-02 | 夏普株式会社 | 氮化物半导体发光元件及氮化物半导体发光元件的制造方法 |
| CN103187497A (zh) * | 2013-01-28 | 2013-07-03 | 上海博恩世通光电股份有限公司 | 一种提高大尺寸芯片光效的外延结构及其生长方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103413879A (zh) | 2013-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103413879B (zh) | Led外延的生长方法以及通过此方法获得的led芯片 | |
| CN105932118B (zh) | 提高空穴注入的led外延生长方法 | |
| CN103474539B (zh) | 含有超晶格层的led结构外延生长方法及其结构 | |
| CN102427103B (zh) | 氮化镓基ⅲ-ⅴ族化合物半导体led外延片及其生长方法以及包括其的led显示装置 | |
| CN106328777B (zh) | 一种发光二极管应力释放层的外延生长方法 | |
| CN105869999A (zh) | Led外延生长方法 | |
| CN103811601A (zh) | 一种以蓝宝石衬底为基板的GaN基LED多阶缓冲层生长方法 | |
| CN105895757A (zh) | Led外延接触层生长方法 | |
| CN106531855A (zh) | 一种led外延结构及其生长方法 | |
| CN105870270B (zh) | Led外延超晶格生长方法 | |
| CN203398149U (zh) | 一种新型GaN基发光二极管外延结构 | |
| CN105355735B (zh) | 一种降低led接触电阻的外延生长方法 | |
| CN103413871B (zh) | Led外延的生长方法以及通过此方法获得的led芯片 | |
| CN106328780B (zh) | 基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法 | |
| CN106206884B (zh) | Led外延p层生长方法 | |
| CN105895753A (zh) | 提高led发光效率的外延生长方法 | |
| CN106129199A (zh) | 降低接触电阻的led外延生长方法 | |
| CN112687770A (zh) | Led外延生长方法 | |
| CN106374021A (zh) | 基于蓝宝石图形化衬底的led外延生长方法 | |
| CN103413872B (zh) | Led外延的生长方法以及通过此方法获得的led芯片 | |
| CN106684218A (zh) | 一种提升发光效率的led外延生长方法 | |
| CN106299062A (zh) | 电流扩展层的外延生长方法 | |
| CN103337451B (zh) | 外延结构的电子阻挡层生长方法及其相应的外延结构 | |
| CN105845788B (zh) | 一种led电流扩展层外延生长方法 | |
| CN117410402B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法、Micro-LED芯片 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |