[发明专利]一种改善GaN基LED芯片电流扩展的外延方法

说明书

技术领域

本发明涉及GaN基LED制备技术领域，具体为一种改善GaN基LED芯片电流扩展的外延方法。

背景技术

半导体发光二极管(light-emission diodes,LEDS)因其具有体积小、能耗低、寿命长、环保耐用等优点，已在背光源应用领域，表现了无可替代的优势。随着手机和液晶显示等背光应用产品的不断升级，对背光用LED芯片要求也越来越高。现在背光用芯片逐渐向扁长形方向发展，但根据经验一旦芯片的长宽比超过4以后，因电极设计在芯片长边的两端，便会出现电流扩展不均匀现象，导致芯片局部结温过高，最终导致芯片电压升高、发光亮度分布不均的问题；并且这种现象还会导致芯片的提前老化，影响芯片的稳定性和使用寿命。

为了解决LED芯片在长宽比较大情况下的电流扩展差问题，必须在nGaN层和量子阱发光层之间做好电子载流子的平面扩展；所谓电流扩展是指电流在整个芯片分布较均匀；为了达到这个目的，就需要电子载流子在芯片内部横向电阻尽量小，但纵向电阻尽量大。一般可以通过增加GaN层中Si掺杂量来降低电阻，通过减少Si掺杂量来提高电阻，但是这种做法常会导致芯片漏电增加、电压升高等不良电性损失。本发明给出了较好解决以上问题的方案。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种改善GaN基LED芯片电流扩展的外延方法，插入设计的复合电流扩展层，以提高扁长型背光用芯片的电流扩展，降低芯片局部结温，提高芯片发光亮度分布的均匀性。以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种改善GaN基LED芯片电流扩展的外延方法，其外延结构，从下向上的顺序依次包括：蓝宝石衬底、低温GaN成核层、高温GaN缓冲层、高温u型GaN层、复合n型GaN层、复合电流扩展层、多量子阱发光层、p型AlGaN电子阻挡层、高温p型GaN层、p型GaN接触层，其方法包括以下具体步骤：

步骤一，将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁所述蓝宝石衬底表面，温度控制在1040-1080℃之间，然后进行氮化处理5-10min；

步骤二，将温度下降到500-550℃之间，生长20-40nm厚的低温GaN成核层，生长压力控制在450-550Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在60-120之间，TMGa作为Ga源；

步骤三，所述低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，原位退火处理；

步骤四，所述高温GaN缓冲层生长结束后，生长一层非掺杂的高温u型GaN层，生长厚度在2-2.5um之间，生长过程温度控制在1080-1100℃之间，生长压力在200-250Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在100-200之间，利用TMGa作为Ga源；

步骤五，所述高温u型GaN层4生长结束后，先生长一层复合n型GaN层；

步骤六，所述复合n型GaN层生长结束后，生长复合电流扩展层；复合电流扩展层由15-20组u-GaN/n-GaN超晶格和5-10组n-GaN/n-AlGaN超晶格组成；其中15-20组u-GaN/n-GaN超晶格中，生长温度在1060-1090℃之间，压力在200-250Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在100-200之间，其中u-GaN层厚度6-9nm，n-GaN层厚度9-12nm，进行Si掺杂，Si掺杂浓度在6×10¹⁹-9×10¹⁹cm^-3之间；其中5-10组n-GaN/n-AlGaN超晶格中，温度在1020-1050℃之间，生长压力在100-150Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在10-40之间，其中n-GaN层厚度3-5nm，进行Si掺杂，Si掺杂浓度10¹⁶-10¹⁷cm^-3之间，n-AlGaN层厚度3-5nm，其中Al掺杂浓度在20％-30％之间，进行Si掺杂，Si掺杂浓度10¹⁶-10¹⁷cm^-3之间；

步骤七，所述复合电流扩展层结束后，生长多量子阱发光层；

步骤八，所述多量子阱发光层结束后，生长p型AlGaN电子阻挡层；

步骤九，所述p型AlGaN电子阻挡层结束后，生长高温p型GaN层；

步骤十，所述高温p型GaN层生长结束后，生长厚度5-10nm之间的p型GaN接触层，

以上外延层生长结束后，将反应室压力降到100Torr，温度降至750℃，采用纯氮气氛围进行退火处理5-8min，然后降至室温，结束生长。