一种可提高led亮度的外延结构制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于LED外延技术生长领域，尤其涉及一种可提高LED亮度的外延制备方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(LED, Light Emitting D1de)具有长寿、节能、环保、可靠性高等优点，近年来，LED在大屏幕彩色显示、交通信号灯和照明等领域发挥了越来越重要的作用。但要在全彩屏显示和照明领域上能得到更加广泛的应用，则需要进一步提升LED的亮度。
[0003]多量子阱有源区作为LED的核心区域，通常由多组InGaN量子阱和GaN皇层交替重叠构成。但由于H2具有还原性，容易与In发生化学反应，生成络合物，从而影响InGaN中In的并入效率。因此，在现有的生长工艺中，多量子阱一般在纯氮气气氛下生长，如专利201210189941.5中所述，在纯氮气气氛下生长量子阱。
[0004]由于高压下In的并入效率下降，因此现有技术中，InGaN量子阱通常生长在低压，一般会采用200-500 Torr作为生长的压力范围。
[0005]由于生长中采用的MO金属源均为有机源，而有机源中含有大量的C和0，这些C、O杂质会掺入到多量子阱中，降低晶体质量，从而影响有源区的效率，影响LED的亮度。
【发明内容】
[0006]鉴于以上所述，本发明提出了一种可提高LED亮度的外延结构生长方法。
[0007]本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现:
一种可提高LED亮度的外延结构制备方法，所述制备方法包括以下步骤:
SI，在氢气气氛下，高温处理衬底；
S2，在处理的衬底表面依次生长缓冲层、非掺杂的GaN层和η型GaN层；
S3，在η型GaN层上周期性生长至少两层多量子阱有源层，所述多量子阱有源层包括量子阱层及皇层；
S4，在多量子阱有源层上依次生长P型电子阻挡层、P型GaN层及ρ型接触层；
所述S3中多量子阱有源层的生长条件为，温度为650-900°C，压力为500-1000 Torr,且所述量子阱层生长中保持通入氢气，通入的氢气流量为0-200 sccmo
[0008]优选地，所述S3中多量子阱有源层生长包括如下步骤:
S31，在氮气气氛中通入氢气，生长第一个厚度为l-5nm的InGaN量子讲层，所述的氮气流量为20-70 L/min，通入的氢气流量为0-200 sccm ；
S32，在生长完的第一个InGaN量子阱层上，继续生长厚度为3_25nm的皇层，皇层在纯氢气、纯氮气或氮氢混合气氛下生长，所述的总气体流量为20-70 L/min ;
S33，重复S31，S32步骤生长多量子阱有源层。
[0009]本发明突出效果为:
(I)量子阱生长中通入0-200SCCm的氢气，可以在保证In并入效率情况下，大幅降低了量子阱有源区中的C和O杂质，改进了多量子阱有源区的晶体质量，提高了多量子阱有源区的晶体质量，提了 LED的亮度，若大于200 sccm的氢气，In并入效率反而降低；
(2)在500-1000Torr的高压下生长多量子阱有源层，有助于降低多量子阱有源区中的C和O杂质含量，提高有源区的晶体质量；
(3)外延片制作成10mil*16 mil芯片后亮度得到明显的改善，发光效率较现有的生长MQff的方法生长出的外延片高出5%。
[0010]以下便结合实施例附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
【附图说明】
[0011 ] 图1是本实施例中的LED外延结构示意图。
[0012]图2是本实施例与现有技术生长的多量子阱有源区中的C杂质含量对比图。
[0013]其中，I为衬底，2为低温缓冲层，3为非掺GaN层，4为η型GaN层，5为InGaN量子阱层，6为皇层，7为电子阻挡层，8为ρ型GaN层，9为ρ型接触层。
【具体实施方式】
[0014]本发明提供了一种可提高LED亮度的外延结构制备方法，本方法采用Aixtron公司的MOCVD设备进行外延生长，使用順3、TMGa/TEGa、TMIn分别作为N、Ga、In源。
[0015]一种可提高LED亮度的外延结构，如图1所示，包括衬底1，低温缓冲层2，非掺杂GaN层3，η型GaN层4，若干层多量子阱有源层，ρ型电子阻挡层7，ρ型GaN层8和ρ型接触层9。每个所述多量子阱有源层包括至少一层InGaN量子阱层5和皇层6。一般为达到实际的发光需求，采用3-20个InGaN/GaN多量子阱有源层。此多量子阱层的结构本身为现有技术，在此不再赘述。
[0016]以上所述的外延结构制备方法，具体包括如下步骤:
Si，在氢气气氛下，高温处理衬底；
S2，在处理的衬底表面依次生长缓冲层、非掺杂的GaN层和η型GaN层；
S3，在生长条件为温度750°C，压力700 Torr下，在η型GaN层上周期性生长3_20层多量子阱有源层；
本实施例生长12个多量子阱层，且在所述的每个量子阱生长过程中通入lOOsccm氢气，且压力维持在700 Torr下。
[0017]S31，在氮气气氛中通入少量氢气，生长第一个厚度为2.5nm的InGaN量子阱层，所述的氮气流量为65L/min，通入的氢气流量为100 sccm ；
S32，在生长完的第一个InGaN量子阱层上，继续生长厚度为14nm的皇层，皇层是在纯氢气气氛下生长，所述的氢气气流量为65 L/min ;如此重复生长12个量子阱有源层。当然，所述皇层也可以在纯氮气或氮气和氢气混合气氛下生长。
[0018]由于量子阱中的In组分较高，In容易析出，造成量子阱和皇层的界面质量较差，影响LED的亮度，因此本发明提出在量子阱中通入少量的H2，刻蚀量子阱中析出的In，以提高量子阱和皇层的界面质量。
[0019]实验研宄发现通入少量的H2，量子阱和皇层的界面变平整，TEM显示量子阱和皇层的界面非常平整；另由于H2具有还原性，亦可以与C和O反应，降低量子阱中的C和O杂质浓度；由于H2的量较少，因此H2对量子阱中In的并入效率影响较小，可忽略不计。
[0020]高压下，腔体中N原子增加，N分压增加，InGaN中C和O杂质的含量会相应减少，InGaN量子阱的质量会增加，发光强度也会相应增加；而低的In并入效率可通过提高InGaN量子阱的长速等来弥补，从而保证一定的In并入效率。
[0021]S4，在多量子阱有源层上依次生长ρ型电子阻挡层、ρ型GaN及ρ型接触层。
[0022]图2所示为现有技术和本发明生长的多量子阱有源区中的C杂质含量对比图，图中实线为现有技术生长的量子阱中的C杂质含量，虚线为本发明技术生长的量子阱中的C杂质含量。现有技术中，C杂质含量高达3.5el7，本发明的技术中生长的多量子阱有源区，多量子阱有源区中的C杂质含量已经降低到6el6，相比现有技术，C杂质含量降低了 80%以上。
[0023]本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种可提高LED亮度的外延结构制备方法，所述制备方法包括以下步骤: SI，在氢气气氛下，高温处理衬底； S2，在处理的衬底表面依次生长缓冲层、非掺杂的GaN层和η型GaN层； S3，在η型GaN层上周期性生长至少两层多量子阱有源层，所述多量子阱有源层包括量子阱层及皇层； S4，在多量子阱有源层上依次生长P型电子阻挡层、P型GaN层及ρ型接触层； 其特征在于:所述S3中多量子阱有源层的生长条件为，温度为650-900°C，压力为500-1000 Torr，且所述量子阱层生长中保持通入氢气，通入的氢气流量为0-200 seem。
2.根据权利要求1所述的一种可提高LED亮度的外延结构制备方法，其特征在于:所述S3中多量子阱有源层生长包括如下步骤: S31，在氮气气氛中通入氢气，生长第一个厚度为l-5nm的InGaN量子讲层，所述的氮气流量为20-70 L/min，通入的氢气流量为0-200 sccm ； S32，在生长完的第一个InGaN量子阱层上，继续生长厚度为3_25nm的皇层，皇层在纯氢气、纯氮气或氮氢混合气氛下生长，所述的总气体流量为20-70 L/min ; S33，重复S31，S32步骤生长多量子阱有源层。
【专利摘要】本发明提供了一种可提高LED亮度的外延结构的制备方法，包括如下步骤：在氢气气氛下高温预处理衬底，在衬底表面依次生长缓冲层，非掺GaN层，n型GaN层，至少两层多量子阱有源层，p型电子阻挡层，p型GaN层和p型接触层；所述的量子阱有源层由至少两个InGaN阱层和垒层组成，所述的每个量子阱生长在高压下，生长过程中均通入少量的氢气。本发明采用高压生长量子阱，同时生长过程中通入少量氢气，降低InGaN薄膜中的C杂质含量，有效提高LED的亮度。
【IPC分类】H01L33-00, H01L33-32, H01L33-06
【公开号】CN104638075
【申请号】CN201510061076
【发明人】冯美鑫, 蔡金, 孔静, 南琦, 王辉, 王怀兵
【申请人】苏州新纳晶光电有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月6日