一种降低接触电阻的LED外延结构及其生长方法与流程

本发明涉及led技术领域，特别地，涉及一种降低接触电阻的led外延结构及其生长方法。

背景技术：

led是一种固体照明，体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度、环保、坚固耐用等优点受到广大消费者认可，国内生产led的规模也在逐步扩大；市场需求产品品质越来越高，客户关注的是led更省电，亮度更高、光效更好，这就为led外延生长提出了更高的要求。

大功率器件驱动电压和亮度要求是目前市场需求的重点，led传统的外延生长方法中p层和ito直接接触，两者的接触功函数很大，从而导致接触电阻大、led驱动电压高，产品光效品质受到影响。

因此，设计一种降低接触电阻的led外延结构及其生长方法具有重要意义。

技术实现要素：

本发明公开一种降低接触电阻的led外延结构，以解决现有技术中因p层和ito直接接触而导致接触电阻大、led驱动电压高的技术问题，具体技术方案是：

一种降低接触电阻的led外延结构，包括基板以及依次层叠设置在基板上的低温gan缓冲层、不掺杂si的gan层、掺杂si的gan层、发光层、掺杂mg的al型gan层、掺杂mg的gan层、接触层以及ito层，在ito层上设置p电极，在掺杂si的gan层上设置n电极；

所述接触层包括至少一层接触单层，所述接触单层由掺杂in和mg的gan层以及掺杂mg的gan层构成。

以上技术方案中优选的，所述接触单层由所述掺杂in和mg的gan层以及所述掺杂mg的gan层顺次层叠而成，所述掺杂in和mg的gan层与掺杂mg的gan层相接触；

或者是，所述接触单层由所述掺杂mg的gan层以及所述掺杂in和mg的gan层顺次层叠而成，所述掺杂mg的gan层与掺杂mg的gan层相接触。

以上技术方案中优选的，所述接触层包括依次层叠设置的4-60层所述接触单层。

以上技术方案中优选的，所述基板为蓝宝石基板；所述低温gan缓冲层的厚度为20-40nm；所述不掺杂si的gan层的厚度为2-4μm；所述掺杂si的gan层的厚度为200-400nm；所述发光层为7-15个层叠设置的发光单层，所述发光单层由2.5-3.5nm的inxga(1-x)n层和8-15nm的gan层组成，x＝0.20-0.25；所述掺杂mg的al型gan层的厚度为50-100nm；所述掺杂mg的gan层的厚度为50-100nm。

本发明的led外延结构中由掺杂in和mg的gan层以及掺杂mg的gan层构成接触层位于掺杂mg的gan层和ito层之间，它和ito接触功函数比pgan和ito接触功函数要低很多，独特结构的接触层能有效降低pgan外延层和ito的接触电阻，有效地降低驱动电压，从而提高产品的光效品质。

本发明开公开一种上述led外延结构的生长方法，具体包括生长掺杂mg的gan层以及生长接触层；

生长掺杂mg的gan层具体是：保持反应腔压力为400-900mbar、温度为950℃-1000℃，通入流量为50000-70000sccm的nh3、20-100sccm的tmga、100-130l/min的h2、1000-3000sccm的cp2mg，持续生长50-100nm的掺杂mg的gan层，其中mg的掺杂浓度为1e19-1e20；

生长接触层包括生长掺杂in和mg的gan层以及掺杂mg的gan层；生长掺杂in和mg的gan层具体是：保持反应腔压力为300-600mbar、温度为750-850℃，通入10-20sccm的tmga、100-130l/min的n2、5000-7000sccm的cp2mg以及1000-2000sccm的tmin，生长1-2nm的掺杂in和mg的gan层；生长掺杂mg的gan层具体是：保持反应腔压力为300-600mbar、温度为750℃-850℃，通入10-20sccm的tmga、100-130l/min的n2以及5000-7000sccm的cp2mg，生长1-2nm的掺杂mg的gan层，其中mg的掺杂浓度为1e21-5e21。

以上技术方案中优选的，还包括基板的处理、生长低温gan缓冲层、生长不掺杂si的gan层、生长掺杂si的gan层、生长发光层、生长掺杂mg的al型gan层、制作ito层、在ito层上制作p电极以及在掺杂si的gan层上制作n电极；

基板的处理具体是：在1000℃-1100℃的氢气气氛下，通入100l/min-130l/min的h2，保持反应腔压力为100-300mbar，处理蓝宝石基板8-10分钟；

生长低温gan缓冲层具体是：降温至500℃-600℃，保持反应腔压力为300-600mbar，通入流量为10000-20000sccm的nh3、50-100sccm的tmga以及100l/min-130l/min的h2，在蓝宝石基板上生长厚度为20-40nm的低温gan缓冲层；

生长不掺杂si的gan层具体是：升高温度到1000℃-1200℃，保持反应腔压力为300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的nh3、200-400sccm的tmga以及100-130l/min的h2，持续生长2-4μm的不掺杂si的gan层；

生长掺杂si的gan层具体是：保持温度为1000℃-1200℃以及反应腔压力为300-600mbar，通入流量为30000-60000sccm的nh3、200-400sccm的tmga、100-130l/min的h2以及20-50sccm的sih4，持续生长3-4μm的掺杂si的gan层，其中si的掺杂浓度5e18atoms/cm³-1e19atoms/cm³；

生长发光层包括重复生长7-15个发光单层，生长所述发光单层包括生长inxga(1-x)n层和生长gan层；生长inxga(1-x)n层具体是：保持反应腔压力为300-400mbar和温度为700℃-750℃，通入流量为50000-70000sccm的nh3、20-40sccm的tmga、1500-2000sccm的tmin以及100-130l/min的n2，生长2.5-3.5nm的inxga(1-x)n层，x＝0.20-0.25，发光波长为450-455nm；生长gan层具体是：升高温度至750℃-850℃，保持反应腔压力为300-400mbar，通入流量为50000-70000sccm的nh3、20-100sccm的tmga以及100-130l/min的n2，生长8-15nm的gan层；

生长掺杂mg的al型gan层具体是：保持反应腔压力为200-400mbar和温度为900℃-950℃，通入流量为50000-70000sccm的nh3、30-60sccm的tmga、100-130l/min的h2、100-130sccm的tmal以及1000-1300sccm的cp2mg，持续生长50-100nm的掺杂mg的al型gan层，其中：al的掺杂浓度为1e20-3e20，mg的掺杂浓度为1e19-1e20。

应用本发明的生长方法，步骤精简，参数容易控制，能采用现有的外延制作设备进行，利于工业化生产，且最终获得的产品电压有所下降，光效有所提升，产品品质变好。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是实施例1中led外延结构的示意图；

图2是对比例中led外延结构的示意图；

其中：1、基板，2、低温gan缓冲层，3、不掺杂si的gan层，4、掺杂si的gan层，5、发光层，5a、inxga(1-x)n层，5b、gan层，6、掺杂mg的al型gan层，7、掺杂mg的gan层，8、接触层，8a、掺杂in和mg的gan层，8b、掺杂mg的gan层，9、ito层，10、保护层，11、p电极，12、n电极。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

一种降低接触电阻的led外延结构，详见图1，具体包括基板1以及依次层叠设置在基板1上的低温gan缓冲层2、不掺杂si的gan层3、掺杂si的gan层4、发光层5、掺杂mg的al型gan层6、掺杂mg的gan层7、接触层8以及ito层9，在ito层9上设置p电极11，在掺杂si的gan层4上设置n电极12。

本实施例中所述接触层8包括至少一层接触单层(优选四层)，所述接触单层由掺杂in和mg的gan层以及掺杂mg的gan层构成。此处优选所述接触单层由所述掺杂mg的gan层8b以及所述掺杂in和mg的gan层8a顺次层叠而成，所述掺杂mg的gan层8b与掺杂mg的gan层7相接触，详见图1。

上述降低接触电阻的led外延结构的生长方法，详情如下：

本发明运用mocvd来生长高亮度gan基led外延片。采用高纯h2或高纯n2或高纯h2和高纯n2的混合气体作为载气，高纯nh3作为n源，金属有机源三甲基镓(tmga)作为镓源，三甲基铟(tmin)作为铟源，n型掺杂剂为硅烷(sih4)，三甲基铝(tmal)作为铝源，p型掺杂剂为二茂镁(cp2mg)，反应压力在70mbar到900mbar之间。该生长方法包括以下步骤(具体工艺参数选择见表1)：

第一步、基板1的处理，具体是：在1000℃的氢气气氛下，通入120l/min的h2，保持反应腔压力为300mbar(气压单位)，处理蓝宝石基板10分钟；

第二步、生长低温gan缓冲层2，具体是：降温至600℃，保持反应腔压力为300mbar，通入流量为20000sccm(sccm为毫升每分钟)的nh3、100sccm的tmga以及130l/min的h2，在蓝宝石基板上生长厚度为40nm的低温gan缓冲层2；

第三步、生长不掺杂si的gan层3，具体是：升高温度到1200℃，保持反应腔压力为300mbar，通入流量为30000sccm的nh3、200sccm的tmga以及100l/min的h2，持续生长3μm的不掺杂si的gan层3；

第四步、生长掺杂si的gan层4，具体是：保持温度为1200℃以及反应腔压力为300mbar，通入流量为50000sccm的nh3、300sccm的tmga、130l/min的h2以及50sccm的sih4，持续生长4μm的掺杂si的gan层4，其中si的掺杂浓度5e18atoms/cm³；本发明中1e19代表10的19次方也就是10¹⁹，其他以此类推。

第五步、生长发光层5，具体包括重复生长7-15个发光单层(优选8个)，生长所述发光单层包括生长inxga(1-x)n层5a和生长gan层5b；

生长inxga(1-x)n层5a具体是：保持反应腔压力为300mbar和温度为700℃，通入流量为50000sccm的nh3、20sccm的tmga、1500sccm的tmin以及130l/min的n2，生长3.5nm的inxga(1-x)n层5a，x＝0.20，发光波长450nm；

生长gan层5b具体是：升高温度至750℃，保持反应腔压力为300mbar，通入流量为50000sccm的nh3、100sccm的tmga以及130l/min的n2，生长15nm的gan层5b；

第六步、生长掺杂mg的al型gan层6，具体是：保持反应腔压力为300mbar和温度为950℃，通入流量为60000sccm的nh3、60sccm的tmga、130l/min的h2、120sccm的tmal以及1300sccm的cp2mg，持续生长100nm的掺杂mg的al型gan层6，其中：al的掺杂浓度为2e20，mg的掺杂浓度为1e20。

第七步、生长掺杂mg的gan层7，具体是：保持反应腔压力为600mbar、温度为1000℃，通入流量为60000sccm的nh3、100sccm的tmga、130l/min的h2、2000sccm的cp2mg，持续生长100nm的掺杂mg的gan层7，其中mg的掺杂浓度为1e20；

第八步、生长接触层8，所述接触层8包括多层接触单层，生长所述接触单层具体包括生长掺杂in和mg的gan层8a以及掺杂mg的gan层8b；

生长掺杂in和mg的gan层8a具体是：保持反应腔压力为600mbar、温度为850℃，通入流量为60000sccm的nh3、20sccm的tmga、130l/min的n2、6000sccm的cp2mg以及2000sccm的tmin，生长2nm的掺杂in和mg的gan层8a；

生长掺杂mg的gan层8b具体是：保持反应腔压力为600mbar、温度为850℃，通入流量为60000sccm的nh3、20sccm的tmga、130l/min的n2以及7000sccm的cp2mg，生长2nm的掺杂mg的gan层8b，其中mg的掺杂浓度为5e21；

第九步、降温至650℃-680℃，保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却，得到样品1。

实施例2

与实施例1不同之处在于：所述接触单层由所述掺杂in和mg的gan层以及所述掺杂mg的gan层顺次层叠而成，所述掺杂in和mg的gan层与掺杂mg的gan层7相接触。得到样品2。

实施例3-10：

实施例3和实施例1不同之处在于：所述接触层8包括八层接触单层；

实施例4和实施例2不同之处在于：所述接触层8包括八层接触单层；

实施例5和实施例1不同之处在于：所述接触层8包括十二层接触单层；

实施例6和实施例2不同之处在于：所述接触层8包括十二层接触单层

实施例7和实施例1不同之处在于：所述接触层8包括三十层接触单层；

实施例8和实施例2不同之处在于：所述接触层8包括三十层接触单层；

实施例9和实施例1不同之处在于：所述接触层8包括六十层接触单层；

实施例10和实施例2不同之处在于：所述接触层8包括六十层接触单层。

实施例3-10得到样品3-10。

对比例

一种led外延结构，详见图2，具体包括基板1以及依次层叠设置在基板1上的低温gan缓冲层2、不掺杂si的gan层3、掺杂si的gan层4、发光层5、掺杂mg的al型gan层6、掺杂mg的gan层7以及ito层9，在ito层9上设置p电极11，在掺杂si的gan层4上设置n电极12。

上述降低接触电阻的led外延结构的生长方法，详情如下(具体参数详见表1)：

第一步、基板1的处理，具体是：在1000℃的氢气气氛下，通入120l/min的h2，保持反应腔压力为300mbar(气压单位)，处理蓝宝石基板10分钟；

第二步、生长低温gan缓冲层2，具体是：降温至600℃，保持反应腔压力为300mbar，通入流量为20000sccm(sccm为毫升每分钟)的nh3、100sccm的tmga以及130l/min的h2，在蓝宝石基板上生长厚度为40nm的低温gan缓冲层2；

第三步、生长不掺杂si的gan层3，具体是：升高温度到1200℃，保持反应腔压力为300mbar，通入流量为30000sccm的nh3、200sccm的tmga以及100l/min的h2，持续生长3μm的不掺杂si的gan层3；

第四步、生长掺杂si的gan层4，具体是：保持温度为1200℃以及反应腔压力为300mbar，通入流量为50000sccm的nh3、300sccm的tmga、130l/min的h2以及50sccm的sih4，持续生长4μm的掺杂si的gan层4，其中si的掺杂浓度5e18atoms/cm³；本发明中1e19代表10的19次方也就是10¹⁹，其他以此类推。

第五步、生长发光层5，具体包括重复生长7-15个发光单层(优选8个)，生长所述发光单层包括生长inxga(1-x)n层5a和生长gan层5b；x取值0.8；

生长inxga(1-x)n层5a具体是：保持反应腔压力为300mbar和温度为700℃，通入流量为50000sccm的nh3、20sccm的tmga、1500sccm的tmin以及130l/min的n2，生长3.5nm的inxga(1-x)n层5a，x＝0.20，发光波长450nm；

生长gan层5b具体是：升高温度至750℃，保持反应腔压力为300mbar，通入流量为50000sccm的nh3、100sccm的tmga以及130l/min的n2，生长15nm的gan层5b；

第六步、生长掺杂mg的al型gan层6，具体是：保持反应腔压力为300mbar和温度为950℃，通入流量为60000sccm的nh3、60sccm的tmga、130l/min的h2、120sccm的tmal以及1300sccm的cp2mg，持续生长100nm的掺杂mg的al型gan层6，其中：al的掺杂浓度为2e20，mg的掺杂浓度为1e20。

第七步、生长掺杂mg的gan层7，具体是：保持反应腔压力为600mbar、温度为1000℃，通入流量为60000sccm的nh3、100sccm的tmga、130l/min的h2、2000sccm的cp2mg，持续生长100nm的掺杂mg的gan层7，其中mg的掺杂浓度为1e20；

第八步、降温至650℃，保温30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却，得到对比样品。

将样品1-10以及对比样品在相同的工艺条件下镀ito层约150nm，相同的条件下镀cr/pt/au电极约1500nm，相同的条件下镀保护层sio2约100nm，然后在相同的条件下将样品研磨切割成635μm*635μm(25mil*25mil)的芯片颗粒，然后样品1-10和对比样品在相同位置各自挑选100颗晶粒，在相同的封装工艺下，封装成白光led。然后采用积分球在驱动电流350ma条件下测试样品1-10和对比样品的光电性能，详见表2。

表1实施例1和对比例的部分生长参数对比表

表2样品1-10及对比样品的电性参数的比较表

根据表2可知：采用本发明方案所得产品(实施例1-10所得样品1-10)和对比例比较，本发明结构的len外延结构，与ito接触电阻下降，从而使得led电压下降约0.1v，光效提升约5％，产品品质变好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。