[发明专利]阻挡电子泄漏和缺陷延伸的外延生长方法及其结构

说明书

技术领域

本发明涉及LED外延设计技术领域，特别地，涉及一种阻挡电子泄漏和缺陷延伸的外延生长方法及其结构。

背景技术

以GaN为基础的发光二极管（LED）已经广泛应用于交通信号灯、户外全彩显示屏、城市景观照明、汽车内外灯、隧道灯领域。大尺寸大功率芯片规格如30mil*30mil、45mil*45mil、50mil*50mil等多用于照明。大尺寸芯片的关键的技术不再以高流明数定义大尺寸芯片的发光性能，而以流明/瓦（即光效）作为衡量大功率发光器件的一个重要指标。

目前提高大尺寸光效的多数创新在于对量子阱层和P型层的改进，例如降低量子阱的能带扭曲程度，提高电子和空穴的复合概率；调整P层Mg掺杂浓度或者生长压力、长速等提高Mg的激活效率。但P层自身的Mg电离率非常低，因此P层对于大功率光效的提高空间不大。

现有外延结构是在量子阱MQW层之后即生长P型层，还存在以下不足：

（1）P型层生长的温度采用和量子阱的垒层相同的高温，对量子阱的伤害比较大，进而影响到器件的光电性能；

（2）生长气氛、压力和转速等与MQW层完全相同，MQW的生长压力较大，造成此层发生预反应，晶格质量变差，阻挡电子和缺陷能力下降；

（3）由于掺杂的Al组分较低，所以不能有效的阻挡电子泄漏到P层，特别是大电流下工作的大功率芯片，电子外溢情况严重，引起Droop效率比较明显。

因此，现有外延结构的光效和阻挡电子泄漏的性能还有待提高。

发明内容

本发明目的在于提供一种阻挡电子泄漏和缺陷延伸的外延生长方法及其结构，以解决电子泄漏、缺陷向上延伸、光效不足等技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种阻挡电子泄漏和缺陷延伸的外延生长方法，依次包括处理衬底、生长低温缓冲GaN层、生长不掺杂GaN层、生长掺Si的GaN层、生长多量子阱InxGa_（1-x）N层、生长第一P型GaN层、生长P型AlGaN层、生长第二P型GaN层步骤，

在所述生长多量子阱InxGa_（1-x）N层和生长第一P型GaN层步骤之间，包括生长电子阻挡层的步骤：

在温度为800-880℃、100-300torr压力的反应室内，采用H₂和/或N₂作为载气，持续通入5-40sccm的NH₃和15-50sccm的TMGa，每隔10-30s通入一次10-40sccm的TMAl，每次通入的TMAl含量渐减，生长电子阻挡层，电子阻挡层的厚度为8-25nm；

所述电子阻挡层包括2-6组双层结构，每个双层结构包括UAlGaN层和UGaN层；每一双层结构的UAlGaN层相比上一双层结构的UAlGaN层中的Al组分含量减少15%-50%。

优选的，每一所述UAlGaN层的Al组分与每一UAlGaN层的摩尔比在0.1-0.3之间。

优选的，所述相邻UAlGaN层的Al组分含量波动的幅度与每一UAlGaN层的摩尔比为0.01-0.05。

优选的，所述生长低温缓冲GaN层步骤为：

在温度为530-560℃、300-500torr压力的反应室内，在衬底上生长厚度为20-45nm的低温缓冲GaN层；

所述生长不掺杂GaN层步骤为：

降低温度到1000-1100℃，反应室压力控制在300-600torr，持续生长2-3.5um厚度的不掺杂UGaN层；

所述生长掺Si的GaN层步骤为：

保持温度不变，反应室压力控制在200-300torr生长2-3um厚度的n型掺Si的GaN层，Si的掺杂浓度为5E+18-1E+19个/cm³。

优选的，所述生长多量子阱InxGa_（1-x）N层步骤为：

反应室压力控制在200-300torr，降温至750-770℃生长掺杂In的2.5-3.5nm厚度的In_xGa_（1-x）N层，其中x=0.20-0.22，再降低温度至860-890℃生长10-12nm厚度的GaN层；In_xGa_（1-x）N/GaN周期数为11-13，厚度在130-160nm。

优选的，所述生长第一P型GaN层、生长P型AlGaN层、生长第二P型GaN层的步骤为：