[发明专利]提高外延晶体质量的LED生长方法

说明书

技术领域

本申请涉及LED外延设计应用技术领域，具体地说，涉及一种提高外延晶体质量的LED生长方法。

背景技术

目前LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种固体照明，体积小、耗电量低使用寿命长高亮度、环保、坚固耐用等优点受到广大消费者认可，国内生产LED的规模也在逐步扩大；市场上对LED亮度和光效的需求与日俱增，如何生长更好的外延片日益受到重视，因为外延层晶体质量的提高，LED器件的性能可以得到提升，LED的发光效率、寿命、抗老化能力、抗静电能力、稳定性会随着外延层晶体质量的提升而提升。

传统LED外延层的生长方法为(外延层结构参见图2)：处理衬底，生长低温缓冲层GaN、生长3D GaN层、生长2D GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、周期性生长有缘层MQW、生长P型AlGaN层、生长掺Mg的P型GaN层、降温冷却。

上述传统的外延技术中在蓝宝石Al₂O₃基板上生长GaN材料，因为Al₂O₃材料和GaN材料存在着约13％的晶格失配，带来的影响是GaN材料位错密度高达10⁹根/cm²,目前控制位错密度的主要方法是低温生长一层薄GaN作缓冲层，然后在此基础上进行GaN的3D生长和2D生长，最后形成比较平整GaN层。

市场上对LED亮度和光效的需求与日俱增，如何生长外延晶体质量更高的LED外延片日益受到重视。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种提高外延晶体质量的LED生长方法，采用优先生长AlN然后生长InGaN材料的2步生长法取代原来低温GaN 3D 2D 3步生长技术，通过采用新材料新工艺减少外延层位错密度，提高了外延层晶体质量，同时提高了器件的抗静电能力。

为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：

一种提高外延晶体质量的LED生长方法，依次包括：处理衬底、生长掺杂Si的N型GaN层、周期性生长有缘层、生长P型AlGaN层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，其特征在于，

所述处理衬底，进一步为：

利用直流磁控反应溅射设备将蓝宝石衬底温度加热到650℃左右，通入50sccm-70sccm的Ar、80sccm-100sccm的N₂、以及2sccm-3sccm的O₂，用2000V-3000V的偏压冲击铝靶在蓝宝石衬底表面上溅射50nm-60nm厚的A1N薄膜；

将溅射好A1N薄膜的蓝宝石衬底放入MOCVD反应腔，升高温度至900℃-1000℃，反应腔压力维持在300mbar-400mbar，通入100L/min-130L/min的H₂、100L/min-120L/min的NH₃、300sccm-400sccm的TMGa源、100sccm-200sccm的TMIn，持续生长5μm-7μm的In_xGa_(1-x)N层，x＝0-1；

所述生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：

升高温度到1000℃-1100℃，反应腔压力维持在150mbar-300mbar，通入50L/min-90L/min的H₂、40L/min-60L/min的NH₃、200sccm-300sccm的TMGa源、20sccm-50sccm的SiH₄源，持续生长掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度为5E18atoms/cm³-1E19atoms/cm³，总厚度控制在2μm-4μm；

所述周期性生长有缘层，进一步为：

反应腔压力维持在300mbar-400mbar，温度控制在700℃-750℃，通入50L/min-90L/min的N₂、40L/min-60L/min的NH₃、10sccm-50sccm的TMGa源、1000sccm-2000sccm的TMIn源，生长掺杂In的厚度为3nm-4nm的In_xGa_(1-x)N层，x＝0.15-0.25，In掺杂浓度为1E20atoms/cm³-3E20atoms/cm³；