可提高光效的LED外延片及其生长方法与流程

文档序号:11870123阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种可提高光效的LED外延片生长方法,其特征在于,依次包括蓝宝石衬底(1)退火处理、生长低温GaN成核层(2)、生长高温GaN缓冲层(3)、生长非掺杂的U型GaN层(4)、生长N型GaN层(5)、生长多周期量子阱发光层(6)、生长P型AlGaN层(7)、生长GaN:Mg层组(8’)、生长P型GaN接触层(9)以及降温退火处理;

所述GaN:Mg层组(8’)的厚度为50-800nm,其包括周期性生长的1-80个GaN:Mg单层(8.1’);所述GaN:Mg单层(8.1’)包括第一GaN:Mg层和第二GaN:Mg层,所述GaN:Mg单层(8.1’)的生长过程具体是:控制温度为750℃-850℃,通入TMGa和Cp2Mg,生长厚度为5-50nm的第一GaN:Mg层;升温至850℃-1000℃,生长厚度为5-50nm的第二GaN:Mg层。

2.根据权利要求1所述的可提高光效的LED外延片生长方法,其特征在于,蓝宝石衬底(1)退火处理具体为:将蓝宝石衬底(1)在氢气气氛里进行退火,清洁衬底表面,温度为1050-1150℃;

生长低温GaN成核层(2)具体为:将温度下降到500-620℃,通入NH3和TMGa,生长厚度为20-40nm的低温GaN成核层(2),生长压力为400-650Torr,Ⅴ/Ⅲ摩尔比为500-3000。

3.根据权利要求1所述的可提高光效的LED外延片生长方法,其特征在于,生长高温GaN缓冲层(3)具体为:低温GaN成核层(2)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℃,继续通入TMGa,外延生长厚度为0.2-1um的高温GaN缓冲层(3),生长压力为400-650Torr,Ⅴ/Ⅲ摩尔比为500-3000。

4.根据权利要求1所述的可提高光效的LED外延片生长方法,其特征在于,生长非掺杂的U型GaN层(4)具体为:高温GaN缓冲层(3)生长结束后,通入NH3和TMGa生长厚度为1-3um的非掺杂的U型GaN层(4),生长温度为1050-1200℃,生长压力为100-500Torr,Ⅴ/Ⅲ摩尔比为300-3000。

5.根据权利要求1所述的可提高光效的LED外延片生长方法,其特征在于,生长N型GaN层(5)具体为:非掺杂的U型GaN层(4)生长结束后,通入NH3、TMGa和SiH4,生长厚度为2-4um的N型GaN层(5),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8E18-2E19atom/cm3

6.根据权利要求1所述的可提高光效的LED外延片生长方法,其特征在于,生长多周期量子阱发光层(6)具体为:N型GaN层(5)生长完成后生长多周期量子阱发光层(6),所用MO源为TMIn、TEGa,N型掺杂剂为硅烷;多周期量子阱发光层(6)由5-15个周期的InyGa1-yN/GaN阱垒结构组成,其中量子阱InyGa1-yN层的厚度为2-5nm,y=0.1-0.3,生长温度为700-800℃,生长压力为100-500Torr,Ⅴ/Ⅲ摩尔比为300-5000;其中GaN垒层的厚度为8-15nm,生长温度为800-950℃,生长压力为100-500Torr,Ⅴ/Ⅲ摩尔比为300-5000,Si组分摩尔配比为0.5%-3%。

7.根据权利要求1所述的可提高光效的LED外延片生长方法,其特征在于,生长P型AlGaN层(7)具体为:多周期量子阱发光层(6)生长结束后,生长厚度为50-200nm的P型AlGaN层(7),所用MO源为TMAl、TMGa及Cp2Mg;生长温度为900-1100℃,生长时间为3-10min,压力在20-200Torr,Ⅴ/Ⅲ摩尔比为1000-20000,Al的摩尔组分为10%-30%,Mg的摩尔组分为0.05%-0.3%。

8.根据权利要求1所述的可提高光效的LED外延片生长方法,其特征在于,生长P型GaN接触层(9)具体为:GaN:Mg层组(8’)生长结束后,生长厚度为5-20nm的P型GaN接触层(9),所用MO源为TMGa和Cp2Mg;生长温度为850-1050℃,生长压力为100-500Torr,Ⅴ/Ⅲ摩尔比为1000-5000;

降温退火处理具体为: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。

9.一种如权利要求1-8任意一项所述方法得到的可提高光效的LED外延片,其特征在于,包括从下往上依次层叠的蓝宝石衬底(1)、低温GaN成核层(2)、高温GaN缓冲层(3)、非掺杂的U型GaN层(4)、N型GaN层(5)、多周期量子阱发光层(6)、P型AlGaN层(7)、GaN:Mg层组(8’)以及P型GaN接触层(9);

所述GaN:Mg层组(8’)的厚度为50-800nm,其包括1-80个GaN:Mg单层(8.1’);所述GaN:Mg单层(8.1’)包括第一GaN:Mg层和第二GaN:Mg层。

10.根据权利要求9所述的可提高光效的LED外延片,其特征在于,

所述低温GaN成核层(2)的厚度为20-40nm;

所述高温GaN缓冲层(3)的厚度为0.2-1um;

所述非掺杂的U型GaN层(4)的厚度为1-3um;

所述N型GaN层(5)的厚度为2-4um;

所述多周期量子阱发光层(6)为由5-15个周期的InyGa1-yN/GaN阱垒组成的结构,单个InyGa1-yN/GaN阱垒包括厚度为2-5nm的InyGa1-yN层和厚度为8-15nm的GaN垒层,其中y=0.1-0.3;

所述P型AlGaN层(7)的厚度为50-200nm;

所述P型GaN接触层(9)的厚度为5-20nm。

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