一種改善GaN基LED芯片電流擴展的外延方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及GaN基LED制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種改善GaN基LED芯片電流擴展的外延方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體發(fā)光二極管(light-emiss1n d1des, LEDS)因其具有體積小、能耗低、壽命長、環(huán)保耐用等優(yōu)點，已在背光源應(yīng)用領(lǐng)域，表現(xiàn)了無可替代的優(yōu)勢。隨著手機和液晶顯示等背光應(yīng)用產(chǎn)品的不斷升級，對背光用LED芯片要求也越來越高。現(xiàn)在背光用芯片逐漸向扁長形方向發(fā)展，但根據(jù)經(jīng)驗一旦芯片的長寬比超過4以后，因電極設(shè)計在芯片長邊的兩端，便會出現(xiàn)電流擴展不均勻現(xiàn)象，導(dǎo)致芯片局部結(jié)溫過高，最終導(dǎo)致芯片電壓升高、發(fā)光亮度分布不均的問題；并且這種現(xiàn)象還會導(dǎo)致芯片的提前老化，影響芯片的穩(wěn)定性和使用壽命。
[0003]為了解決LED芯片在長寬比較大情況下的電流擴展差問題，必須在nGaN層和量子阱發(fā)光層之間做好電子載流子的平面擴展；所謂電流擴展是指電流在整個芯片分布較均勻；為了達到這個目的，就需要電子載流子在芯片內(nèi)部橫向電阻盡量小，但縱向電阻盡量大。一般可以通過增加GaN層中Si摻雜量來降低電阻，通過減少Si摻雜量來提高電阻，但是這種做法常會導(dǎo)致芯片漏電增加、電壓升高等不良電性損失。本發(fā)明給出了較好解決以上問題的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種改善GaN基LED芯片電流擴展的外延方法，插入設(shè)計的復(fù)合電流擴展層，以提高扁長型背光用芯片的電流擴展，降低芯片局部結(jié)溫，提高芯片發(fā)光亮度分布的均勻性。以解決上述【背景技術(shù)】中的問題。
[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種改善GaN基LED芯片電流擴展的外延方法，其外延結(jié)構(gòu)，從下向上的順序依次包括:藍寶石襯底、低溫GaN成核層、高溫GaN緩沖層、高溫u型GaN層、復(fù)合η型GaN層、復(fù)合電流擴展層、多量子阱發(fā)光層、P型AlGaN電子阻擋層、高溫P型GaN層、P型GaN接觸層，其方法包括以下具體步驟:
[0006]步驟一，將藍寶石襯底在氫氣氣氛里進行退火，清潔所述藍寶石襯底表面，溫度控制在1040-1080°C之間，然后進行氮化處理5-10min ；
[0007]步驟二，將溫度下降到500-550 °C之間，生長20_40nm厚的低溫GaN成核層，生長壓力控制在450-550Torr之間，V / III摩爾比在60-120之間，TMGa作為Ga源；
[0008]步驟三，所述低溫GaN成核層生長結(jié)束后，停止通入TMGa，原位退火處理；
[0009]步驟四，所述高溫GaN緩沖層生長結(jié)束后，生長一層非摻雜的高溫u型GaN層，生長厚度在2-2.5um之間，生長過程溫度控制在1080-1100°C之間，生長壓力在200_250Torr之間，V / III摩爾比在100-200之間，利用TMGa作為Ga源；
[0010]步驟五，所述高溫u型GaN層4生長結(jié)束后，先生長一層復(fù)合η型GaN層；
[0011]步驟六，所述復(fù)合η型GaN層生長結(jié)束后，生長復(fù)合電流擴展層；復(fù)合電流擴展層由15-20組u-GaN/n-GaN超晶格和5_10組n-GaN/n-AlGaN超晶格組成；其中15-20組u-GaN/n-GaN超晶格中，生長溫度在1060-1090°C之間，壓力在200_250Torr之間，V /III摩爾比在100-200之間，其中U-GaN層厚度6_9nm，n_GaN層厚度9_12nm，進行Si摻雜，Si摻雜濃度在6X1019-9X1019cnT3之間；其中5_10組n-GaN/n-AlGaN超晶格中，溫度在1020-1050°C之間，生長壓力在100-150Torr之間，V / III摩爾比在10-40之間，其中n_GaN層厚度3-5nm，進行Si摻雜，Si摻雜濃度1016-1017cnT3之間，n-AlGaN層厚度3_5nm，其中Al摻雜濃度在20% -30%之間，進行Si摻雜，Si摻雜濃度116-1O17Cnr3之間；
[0012]步驟七，所述復(fù)合電流擴展層結(jié)束后，生長多量子阱發(fā)光層；
[0013]步驟八，所述多量子阱發(fā)光層結(jié)束后，生長P型AlGaN電子阻擋層；
[0014]步驟九，所述P型AlGaN電子阻擋層結(jié)束后，生長高溫P型GaN層；
[0015]步驟十，所述高溫P型GaN層生長結(jié)束后，生長厚度5_10nm之間的p型GaN接觸層，
[0016]以上外延層生長結(jié)束后，將反應(yīng)室壓力降到lOOTorr，溫度降至750°C，采用純氮氣氛圍進行退火處理5-8min，然后降至室溫，結(jié)束生長。
[0017]所述步驟三中退火溫度1020-1050°C之間，退火時間在5_10min之間；退火之后，將溫度調(diào)節(jié)至980-1050°C之間，外延生長厚度為600-800nm間的高溫GaN緩沖層，生長壓力在450-550Torr之間，V / III摩爾比在200-300之間，TMGa作為Ga源。
[0018]所述步驟五中復(fù)合η型GaN層包括從下向上包括n-GaNl/n-AlGaN/n_GaN2三層，其中n-GaNl和n_GaN2層部分生長條件相同，生長溫度在1060-1090°C之間，壓力在180-230Torr之間，V /III摩爾比在100-200之間；n_GaNl和n_GaN2層厚度分別為1-1.5um和 2.5-3.5um，Si 摻雜濃度在分別為 5X 118-1 X 119CnT3和 2X10 19_5X 119CnT3間;其中n-AlGaN生長過程，溫度控制在1000_1030°C之間，生長壓力在100_130Torr之間，V / III摩爾比在10-40之間，厚度在100-150nm之間，I1-AlxGahN層中X在0.2-0.3之間，進行Si摻雜，Si摻雜濃度在1016-1017cm_3之間，利用TMGa提供Ga源。
[0019]所述步驟七中多量子阱發(fā)光層由7-10個周期的InGaN/GaN阱皇結(jié)構(gòu)組成，單個量子阱的周期在8-12nm之間，InGaN/GaN阱皇層厚度比1:2-1:3之間；多量子阱層的部分生長條件相同，如:生長壓力均在200-300Torr之間，Ga源均由TEGa提供；InGaN量子阱層，生長溫度在770-800°C之間，V /III摩爾比在2000-2500之間；另GaN量子皇層，生長溫度在880-920°C之間，V / III摩爾比在3000-3500之間。
[0020]所述步驟八中P型AlGaN電子阻擋層生長溫度控制在910-950°C之間，生長壓力在100-150Torr之間，V / III摩爾比在80-130之間，厚度在30_60nm之間，P-AlzGa1=N層中z在0.2-0.3之間，利用Cp2Mg提供Mg源，Mg摻雜濃度在1015-1016cm_3之間，利用TMGa提供Ga源。
[0021]所述步驟九中高溫P型GaN層生長溫度控制在950-1000 °C之間，壓力在450-550Torr之間，V /III摩爾比在200-300之間，p_GaN層生長厚度控制在40_60nm之間，利用Cp2Mg提供Mg源，Mg摻雜濃度在1017-1018cm_3之間，利用TMGa提供Ga源。
[0022]所述步驟十中P型GaN接觸層，使用TEGa提供Ga源，利用Cp2Mg提供Mg源，Mg摻雜濃度在115-1O16Cnr3之間，利用TMIn源提供In摻雜，In/Ga比控制在0.1-0.3之間，控制生長溫度在750-800°C之間，壓力在150-250Torr之間，V / III摩爾比在1000-1500之間。
[0023]所生長外延片經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕等后續(xù)半導(dǎo)體加工制程后，加工成1milX 45mi I尺寸的LED芯片。
[0024]所述外延層生長方法以高純氫氣或氮氣作為載氣，以三甲基鎵(TMGa)或三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源，η型摻雜劑為硅烷(SiH4)，P型摻雜劑為二茂鎂(Cp2Mg)。
[0025]與已公開技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下優(yōu)點:本發(fā)明可以顯著改善扁長型芯片的電流擴展，降低了芯片局部結(jié)溫，提高了芯片發(fā)光亮度分布的均勻性，克服亮度聚集現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的外延結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為常規(guī)外延工藝制作的10milX45mil尺寸芯片發(fā)光分布圖。
[0028]圖3為本發(fā)明外延工藝制作的10milX45mil尺寸芯片發(fā)光分布圖。
[0029]圖中:1-藍寶石襯底、2-低溫GaN成核層、3-高溫GaN緩沖層、4-高溫u型GaN層、5-復(fù)合η型GaN層、6-復(fù)合電流擴展層、7-多量子阱發(fā)光層、8_ρ型AlGaN電子阻擋層、
9-高溫P型GaN層、10-ρ型GaN接觸層。
【具體實施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達成目的與功效易于明白了解，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0031]如圖1所示，一種改善GaN基LED芯片電流擴展的外延方法，其外延結(jié)構(gòu)，從下向上的順序依次包括:藍寶石襯底1、低溫GaN成核層2、高溫GaN緩