一種可提高led亮度的外延結(jié)構(gòu)制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于LED外延技術(shù)生長領(lǐng)域，尤其涉及一種可提高LED亮度的外延制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED, Light Emitting D1de)具有長壽、節(jié)能、環(huán)保、可靠性高等優(yōu)點，近年來，LED在大屏幕彩色顯示、交通信號燈和照明等領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用。但要在全彩屏顯示和照明領(lǐng)域上能得到更加廣泛的應(yīng)用，則需要進一步提升LED的亮度。
[0003]多量子阱有源區(qū)作為LED的核心區(qū)域，通常由多組InGaN量子阱和GaN皇層交替重疊構(gòu)成。但由于H2具有還原性，容易與In發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成絡(luò)合物，從而影響InGaN中In的并入效率。因此，在現(xiàn)有的生長工藝中，多量子阱一般在純氮氣氣氛下生長，如專利201210189941.5中所述，在純氮氣氣氛下生長量子阱。
[0004]由于高壓下In的并入效率下降，因此現(xiàn)有技術(shù)中，InGaN量子阱通常生長在低壓，一般會采用200-500 Torr作為生長的壓力范圍。
[0005]由于生長中采用的MO金屬源均為有機源，而有機源中含有大量的C和0，這些C、O雜質(zhì)會摻入到多量子阱中，降低晶體質(zhì)量，從而影響有源區(qū)的效率，影響LED的亮度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述，本發(fā)明提出了一種可提高LED亮度的外延結(jié)構(gòu)生長方法。
[0007]本發(fā)明的目的，將通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn):
一種可提高LED亮度的外延結(jié)構(gòu)制備方法，所述制備方法包括以下步驟:
SI，在氫氣氣氛下，高溫處理襯底；
S2，在處理的襯底表面依次生長緩沖層、非摻雜的GaN層和η型GaN層；
S3，在η型GaN層上周期性生長至少兩層多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括量子阱層及皇層；
S4，在多量子阱有源層上依次生長P型電子阻擋層、P型GaN層及ρ型接觸層；
所述S3中多量子阱有源層的生長條件為，溫度為650-900°C，壓力為500-1000 Torr,且所述量子阱層生長中保持通入氫氣，通入的氫氣流量為0-200 sccmo
[0008]優(yōu)選地，所述S3中多量子阱有源層生長包括如下步驟:
S31，在氮氣氣氛中通入氫氣，生長第一個厚度為l-5nm的InGaN量子講層，所述的氮氣流量為20-70 L/min，通入的氫氣流量為0-200 sccm ；
S32，在生長完的第一個InGaN量子阱層上，繼續(xù)生長厚度為3_25nm的皇層，皇層在純氫氣、純氮氣或氮氫混合氣氛下生長，所述的總氣體流量為20-70 L/min ;
S33，重復(fù)S31，S32步驟生長多量子阱有源層。
[0009]本發(fā)明突出效果為:
(I)量子阱生長中通入0-200SCCm的氫氣，可以在保證In并入效率情況下，大幅降低了量子阱有源區(qū)中的C和O雜質(zhì)，改進了多量子阱有源區(qū)的晶體質(zhì)量，提高了多量子阱有源區(qū)的晶體質(zhì)量，提了 LED的亮度，若大于200 sccm的氫氣，In并入效率反而降低；
(2)在500-1000Torr的高壓下生長多量子阱有源層，有助于降低多量子阱有源區(qū)中的C和O雜質(zhì)含量，提高有源區(qū)的晶體質(zhì)量；
(3)外延片制作成10mil*16 mil芯片后亮度得到明顯的改善，發(fā)光效率較現(xiàn)有的生長MQff的方法生長出的外延片高出5%。
[0010]以下便結(jié)合實施例附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳述，以使本發(fā)明技術(shù)方案更易于理解、掌握。
【附圖說明】
[0011 ] 圖1是本實施例中的LED外延結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本實施例與現(xiàn)有技術(shù)生長的多量子阱有源區(qū)中的C雜質(zhì)含量對比圖。
[0013]其中，I為襯底，2為低溫緩沖層，3為非摻GaN層，4為η型GaN層，5為InGaN量子阱層，6為皇層，7為電子阻擋層，8為ρ型GaN層，9為ρ型接觸層。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明提供了一種可提高LED亮度的外延結(jié)構(gòu)制備方法，本方法采用Aixtron公司的MOCVD設(shè)備進行外延生長，使用順3、TMGa/TEGa、TMIn分別作為N、Ga、In源。
[0015]一種可提高LED亮度的外延結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括襯底1，低溫緩沖層2，非摻雜GaN層3，η型GaN層4，若干層多量子阱有源層，ρ型電子阻擋層7，ρ型GaN層8和ρ型接觸層9。每個所述多量子阱有源層包括至少一層InGaN量子阱層5和皇層6。一般為達到實際的發(fā)光需求，采用3-20個InGaN/GaN多量子阱有源層。此多量子阱層的結(jié)構(gòu)本身為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0016]以上所述的外延結(jié)構(gòu)制備方法，具體包括如下步驟:
Si，在氫氣氣氛下，高溫處理襯底；
S2，在處理的襯底表面依次生長緩沖層、非摻雜的GaN層和η型GaN層；
S3，在生長條件為溫度750°C，壓力700 Torr下，在η型GaN層上周期性生長3_20層多量子阱有源層；
本實施例生長12個多量子阱層，且在所述的每個量子阱生長過程中通入lOOsccm氫氣，且壓力維持在700 Torr下。
[0017]S31，在氮氣氣氛中通入少量氫氣，生長第一個厚度為2.5nm的InGaN量子阱層，所述的氮氣流量為65L/min，通入的氫氣流量為100 sccm ；
S32，在生長完的第一個InGaN量子阱層上，繼續(xù)生長厚度為14nm的皇層，皇層是在純氫氣氣氛下生長，所述的氫氣氣流量為65 L/min ;如此重復(fù)生長12個量子阱有源層。當然，所述皇層也可以在純氮氣或氮氣和氫氣混合氣氛下生長。
[0018]由于量子阱中的In組分較高，In容易析出，造成量子阱和皇層的界面質(zhì)量較差，影響LED的亮度，因此本發(fā)明提出在量子阱中通入少量的H2，刻蝕量子阱中析出的In，以提高量子阱和皇層的界面質(zhì)量。
[0019]實驗研宄發(fā)現(xiàn)通入少量的H2，量子阱和皇層的界面變平整，TEM顯示量子阱和皇層的界面非常平整；另由于H2具有還原性，亦可以與C和O反應(yīng)，降低量子阱中的C和O雜質(zhì)濃度；由于H2的量較少，因此H2對量子阱中In的并入效率影響較小，可忽略不計。
[0020]高壓下，腔體中N原子增加，N分壓增加，InGaN中C和O雜質(zhì)的含量會相應(yīng)減少，InGaN量子阱的質(zhì)量會增加，發(fā)光強度也會相應(yīng)增加；而低的In并入效率可通過提高InGaN量子阱的長速等來彌補，從而保證一定的In并入效率。
[0021]S4，在多量子阱有源層上依次生長ρ型電子阻擋層、ρ型GaN及ρ型接觸層。
[0022]圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明生長的多量子阱有源區(qū)中的C雜質(zhì)含量對比圖，圖中實線為現(xiàn)有技術(shù)生長的量子阱中的C雜質(zhì)含量，虛線為本發(fā)明技術(shù)生長的量子阱中的C雜質(zhì)含量。現(xiàn)有技術(shù)中，C雜質(zhì)含量高達3.5el7，本發(fā)明的技術(shù)中生長的多量子阱有源區(qū)，多量子阱有源區(qū)中的C雜質(zhì)含量已經(jīng)降低到6el6，相比現(xiàn)有技術(shù)，C雜質(zhì)含量降低了 80%以上。
[0023]本發(fā)明尚有多種實施方式，凡采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種可提高LED亮度的外延結(jié)構(gòu)制備方法，所述制備方法包括以下步驟: SI，在氫氣氣氛下，高溫處理襯底； S2，在處理的襯底表面依次生長緩沖層、非摻雜的GaN層和η型GaN層； S3，在η型GaN層上周期性生長至少兩層多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括量子阱層及皇層； S4，在多量子阱有源層上依次生長P型電子阻擋層、P型GaN層及ρ型接觸層； 其特征在于:所述S3中多量子阱有源層的生長條件為，溫度為650-900°C，壓力為500-1000 Torr，且所述量子阱層生長中保持通入氫氣，通入的氫氣流量為0-200 seem。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可提高LED亮度的外延結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于:所述S3中多量子阱有源層生長包括如下步驟: S31，在氮氣氣氛中通入氫氣，生長第一個厚度為l-5nm的InGaN量子講層，所述的氮氣流量為20-70 L/min，通入的氫氣流量為0-200 sccm ； S32，在生長完的第一個InGaN量子阱層上，繼續(xù)生長厚度為3_25nm的皇層，皇層在純氫氣、純氮氣或氮氫混合氣氛下生長，所述的總氣體流量為20-70 L/min ; S33，重復(fù)S31，S32步驟生長多量子阱有源層。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種可提高LED亮度的外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：在氫氣氣氛下高溫預(yù)處理襯底，在襯底表面依次生長緩沖層，非摻GaN層，n型GaN層，至少兩層多量子阱有源層，p型電子阻擋層，p型GaN層和p型接觸層；所述的量子阱有源層由至少兩個InGaN阱層和壘層組成，所述的每個量子阱生長在高壓下，生長過程中均通入少量的氫氣。本發(fā)明采用高壓生長量子阱，同時生長過程中通入少量氫氣，降低InGaN薄膜中的C雜質(zhì)含量，有效提高LED的亮度。
【IPC分類】H01L33-00, H01L33-32, H01L33-06
【公開號】CN104638075
【申請?zhí)枴緾N201510061076
【發(fā)明人】馮美鑫, 蔡金, 孔靜, 南琦, 王輝, 王懷兵
【申請人】蘇州新納晶光電有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月6日