[发明专利]一种提高GaN基LED发光亮度的外延方法

摘要

本发明提供一种提高LED发光亮度的方法，其LED外延片结构从下向上的顺序依次为:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN缓冲层、复合n型GaN层、复合浅量子阱结构SW、多量子阱发光层结构MQW、低温p型GaN层、p型AlGaN层、高温p型GaN层、p型GaN接触层,；2）控制V型缺陷密度及深度的外延结构：复合浅量子阱分为前后两个结构，前浅量子阱SW采用窄阱宽垒结构，生长2-6周期；后浅量子阱SW采用窄阱窄垒结构，生长5-20周期；发光层量子阱采用窄阱窄垒结构，生长5-12周期，其中量子阱层的厚度在2-5nm之间，垒层厚度在8-15nm之间。本发明可以有效控制V型缺陷的密度及深度，从而提高空穴载流子注入发光层量子阱的效率，提高发光层多量子阱的内量子效率。使用本发明外延工艺后生产14*28mil芯片的亮度测试平均值LOP=62.3mW@454.0nm。

主权项

一种提高LED发光亮度的方法，其LED外延片结构从下向上的顺序依次为:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN缓冲层、复合n型GaN层、前浅量子阱结构SW、后浅量子阱结构SW、多量子阱发光层结构MQW、低温p型GaN层、p型AlGaN层、高温p型GaN层、p型GaN接触层,其特征在于：其制备方法包括以下具体步骤：（1）将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁所述衬底表面，温度为1050‑1150℃，然后进行氮化处理；（2）将温度下降到500‑620℃，生长25‑40nm厚的低温GaN成核层，生长压力为400‑650Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为500‑3000；（3）低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000‑1100℃，退火时间为5‑10min；退火之后，将温度调节至900‑1050℃，外延生长厚度为0.2‑1um的高温GaN缓冲层，生长压力为400‑650Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为500‑3000；（4）高温GaN缓冲层生长结束后，生长一层非掺杂的u‑GaN层，生长厚度为1‑3um，生长过程温度为1050‑1200℃，生长压力为100‑600Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300‑3000；（5）高温非掺杂GaN缓冲层生长结束后，先生长一层掺杂浓度稳定的n‑GaN层，厚度为0.5‑1.5um，生长温度为1050‑1200℃，生长压力为100‑600Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300‑3000，Si掺杂浓度为10¹⁷‑10¹⁹cm^‑3；在生长n‑GaN层结束后，生长一层厚度100‑200nm的n‑AlGaN层,生长过程温度为950‑1100℃，生长压力为50‑300Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为20‑200，Al组分为20%‑50%，Si组分为1%‑5%；在生长n‑AlGaN层结束后，再生长一层掺杂浓度稳定的n‑GaN层，厚度为1.5‑3um，生长条件同n‑GaN层；（6）复合n型GaN层生长结束后，生长前浅量子阱结构SW，生长温度为800‑950℃，生长压力为100‑600Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300‑5000，所述前浅量子阱SW由2‑6个周期的In_xGa_1‑XN∕GaN阱垒结构组成，其中浅阱In_xGa_1‑XN（x=0.1‑0.5）层的厚度为2‑5nm，浅垒GaN层厚度为20‑40nm；前浅量子阱SW生长结束后，保持生长条件，温度为800‑950℃，生长压力为100‑600Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300‑5000，生长后浅量子阱SW，所述后浅量子阱SW由5‑20个周期的In_xGa_1‑XN∕GaN阱垒结构组成，其中浅阱In_yGa_1‑yN（y=0.2‑0.6）层的厚度为1‑4nm，浅垒GaN层厚度为5‑15nm；（7）复合浅量子阱SW生长结束后，生长多周期量子阱MQW发光层，所述发光层多量子阱由5‑12个周期的In_zGa_1‑zN(z=0.1‑0.3)∕GaN阱垒结构组成，其中量子阱In_zGa_1‑zN(z=0.1‑0.3)层的厚度为2‑5nm，生长温度为700‑800℃，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300‑5000；其中垒层GaN的厚度为8‑15nm，生长温度为800‑950℃，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300‑5000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂；（8）发光层多量子阱生长结束后，以N₂作为载气生长厚度为10‑100nm的低温p型GaN层，生长温度为650‑800℃，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300‑5000，Mg的摩尔组分含量为0.3%‑1%；（9）低温p型GaN层生长结束后，生长厚度为10‑50nm的p型AlGaN层，生长温度为900‑1100℃，生长压力为50‑300Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为1000‑20000，p型AlGaN层的Al的摩尔组分含量为10%‑30%，Mg的摩尔组分含量为0.05%‑0.3%；（10）p型AlGaN层生长结束后，生长高温p型GaN层，生长厚度为100‑800nm，生长温度为850‑1000℃，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为300‑5000，Mg掺杂浓度为10¹⁷‑10¹⁸cm^‑3；（11）P型GaN层生长结束后，生长厚度为5‑20nm的p接触层，生长温度为850‑1050℃，生长压力为100‑500Torr，Ⅴ∕Ⅲ摩尔比为1000‑20000；（12）外延生长结束后，将反应室的温度降至650‑800℃，采用纯氮气氛围进行退火处理5‑10min，然后降至室温，结束生长,外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后制成单颗小尺寸芯片。