一种超晶格层的生长方法及含此结构的LED外延结构技术

本发明专利技术公开了一种超晶格层的生长方法，包括周期性生长10‑18个单件，所述单件由下至上依次包括InxMg(1‑x)N层和SixAl(1‑x)N层或者SixAl(1‑x)N和InxMg(1‑x)N层，其中：x＝0.20‑0.25。本发明专利技术还公开了一种包括上述超晶格层的LED外延结构。本发明专利技术采用超晶格层，利用GaN的高能带作为势磊阻挡电子过快由N层传播到发光层，纵向传播比较拥挤的电子遇到GaN能带的阻挡适当的横向扩散开来；同时超晶格层形成高浓度的二维电子气，二维电子气的横向迁移率很高，加速了电子的横向扩展，宏观上电流通过超晶格层时被有效地扩展开来，随之改善的是发光层电流的分布变得均匀，从而使得LED各方面的性能能够得到提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及LED
，具体涉及一种超晶格层的生长方法及含此结构的LED外延结构。
技术介绍
目前，LED是一种固体照明，具有体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度、环保、坚固耐用等优点，深受广大消费者的喜欢。随着国内生产LED的规模逐步扩大的同时，市场上对LED光效的需求与日俱增。现有的LED外延结构的生长方法(其结构详见图1)包括如下步骤：第一步、在1000-1100℃的氢气气氛下，通入100-130L/min的H2，保持反应腔压力100-300mbar(气压单位)，处理蓝宝石衬底1，处理时间为5-10分钟；第二步、降温至500-600℃，保持反应腔压力为300-600mbar，通入流量为10000-20000sccm(sccm指标准毫升每分钟)的NH3、50-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2，在蓝宝石衬底1上生长厚度为20-40nm的低温缓冲层2；第三步、升高温度至1000-1100℃，保持反应腔压力为300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、100-130L/min的H2、保持温度稳定持续300-500℃，将低温缓冲层2腐蚀成不规则小岛；第四步、升高温度至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、100-130L/min的H2、持续生长厚度为2-4μm的不掺杂GaN层3；第五步、生长掺杂Si的N型GaN层4，所述掺杂Si的N型GaN层4由下至上依次包括第一层以及第二层，所述第一层的生长过程具体是：保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、20-50sccm的SiH4，持续生长厚度为3-4μm的第一层，其中：Si的掺杂浓度为5E18-1E19atoms/cm3；所述第二层的生长过程具体是：保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、2-10sccm的SiH4持续生长厚度为200-400nm的第二层，其中：Si的掺杂浓度为5E17-1E18atoms/cm3；第六步、生长发光层5，所述发光层包括周期性生长7-15个复合层，所述复合层由下至上依次包括InxGa(1-x)层5.1和GaN层5.2，所述InxGa(1-x)层5.1的具体生长过程是：保持反应腔压力为300-400mbar、温度为700-750℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、1500-2000sccm的TMIn、100-130L/min的N2，生长厚度为2.5-3.5nm的掺杂In的InxGa(1-x)N层，其中：x＝0.20-0.25，发光波长450-455nm；所述GaN层5.2的生长过程具体是：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、100-130L/min的N2，生长厚度为8-15nm的GaN层；第七步、保持反应腔压力为200-400mbar、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、1000-1300sccm的Cp2Mg，持续生长厚度为50-100nm的P型AlGaN层6，其中：Al的掺杂浓度为1E20-3E20atoms/cm3，Mg的掺杂浓度为1E19-1E20atoms/cm3；第八步、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，持续生长厚度为50-200nm的掺镁的P型GaN层7，其中：Mg的掺杂浓度为1E19-1E20atoms/cm3；第九步、最后降温至650-680℃，保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。现有的LED外延生长的N层电流分布不均匀，导致电流拥挤N层阻值变高，导致发光层电流分布不均匀，发光效率不高。因此，行业内急需一种新的LED外延结构以及生长方法以解决现有技术的不足。
技术实现思路
本专利技术公开了一种超晶格层的生长方法，包括周期性生长10-18个单件，所述单件由下至上依次包括InxMg(1-x)N层和SixAl(1-x)N层或者SixAl(1-x)N和InxMg(1-x)N层：所述InxMg(1-x)N层的生长步骤具体是：保持反应腔压力为750-900mbar、温度为1000-1100℃，通入流量为40000-50000sccm的NH3、1000-1200sccm的TMIn、110-130L/min的H2以及800-900sccm的Cp2Mg，生长厚度为10-20nm的InxMg(1-x)N层；所述SixAl(1-x)N层的生长步骤具体是：保持反应腔压力为750-900mbar、温度为1000-1100℃，通入流量为40000-50000sccm的NH3、110-130L/min的H2、200-250sccm的TMAl以及40-55sccm的SiH4，生长厚度为10-20nm的SixAl(1-x)N层，其中：Si的掺杂浓度为1E18-5E18atom/cm3；其中：x＝0.20-0.25。以上技术方案中优选的，所述超晶格层的生长之前还包括：步骤S1、在1000-1100℃的的氢气气氛下，通入100-130L/min的H2，保持反应腔压力100-300mbar，处理蓝宝石衬底5-10分钟；步骤S2、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100-130L/min的H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20-40nm的低温缓冲层；步骤S3、升高温度至1000-1100℃，保持反应腔压力为300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3以及100-130L/min的H2，保持温度为300-500℃，将低温缓冲层腐蚀成不规则小岛；步骤S4、升高温度至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，持续生长厚度为2-4μm的不掺杂GaN层；步骤S5、保持反应腔压力和温度不变，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2以及20-50sccm的SiH4，持续生长厚度为3-4μm的掺杂Si的N型GaN单层，其中：Si的掺杂浓度为5E18-1E19atom/cm3。以上技术方案中优选的，所述超晶格层的生长之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超晶格层的生长方法，其特征在于，包括周期性生长10‑18个单件，所述单件由下至上依次包括InxMg(1‑x)N层和SixAl(1‑x)N层或者SixAl(1‑x)N和InxMg(1‑x)N层：所述InxMg(1‑x)N层的生长步骤具体是：保持反应腔压力为750‑900mbar、温度为1000‑1100℃，通入流量为40000‑50000sccm的NH3、1000‑1200sccm的TMIn、110‑130L/min的H2以及800‑900sccm的Cp2Mg，生长厚度为10‑20nm的InxMg(1‑x)N层；所述SixAl(1‑x)N层的生长步骤具体是：保持反应腔压力为750‑900mbar、温度为1000‑1100℃，通入流量为40000‑50000sccm的NH3、110‑130L/min的H2、200‑250sccm的TMAl以及40‑55sccm的SiH4，生长厚度为10‑20nm的SixAl(1‑x)N层，Si的掺杂浓度为1E18‑5E18atom/cm3；其中：x＝0.20‑0.25。

【技术特征摘要】
1.一种超晶格层的生长方法，其特征在于，包括周期性生长10-18个单件，所述单件由下至上依次包括InxMg(1-x)N层和SixAl(1-x)N层或者SixAl(1-x)N和InxMg(1-x)N层：所述InxMg(1-x)N层的生长步骤具体是：保持反应腔压力为750-900mbar、温度为1000-1100℃，通入流量为40000-50000sccm的NH3、1000-1200sccm的TMIn、110-130L/min的H2以及800-900sccm的Cp2Mg，生长厚度为10-20nm的InxMg(1-x)N层；所述SixAl(1-x)N层的生长步骤具体是：保持反应腔压力为750-900mbar、温度为1000-1100℃，通入流量为40000-50000sccm的NH3、110-130L/min的H2、200-250sccm的TMAl以及40-55sccm的SiH4，生长厚度为10-20nm的SixAl(1-x)N层，Si的掺杂浓度为1E18-5E18atom/cm3；其中：x＝0.20-0.25。2.根据权利要求1所述的超晶格层的生长方法，其特征在于，所述超晶格层的生长之前还包括：步骤S1、在1000-1100℃的的氢气气氛下，通入100-130L/min的H2，保持反应腔压力100-300mbar，处理蓝宝石衬底(1)5-10分钟；步骤S2、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100-130L/min的H2，在蓝宝石衬底(1)上生长厚度为20-40nm的低温缓冲层(2)；步骤S3、升高温度至1000-1100℃，保持反应腔压力为300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3以及100-130L/min的H2，保持温度为300-500℃，将低温缓冲层腐蚀成不规则小岛；步骤S4、升高温度至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，持续生长厚度为2-4μm的不掺杂GaN层(3)；步骤S5、保持反应腔压力和温度不变，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2以及20-50sccm的SiH4，持续生长厚度为3-4μm的掺杂Si的N型GaN单层(4’)，其中：Si的掺杂浓度为5E18-1E19atom/cm3。3.根据权利要求2所述的超晶格层的生长方法，其特征在于，所述超晶格层的生长之后还包括：步骤D1、生长发光层，发光层包括周期数为7-15个的复合层，所述复合层由下至上依次包括InxGa(1-x)N层(5.1)和GaN层(5.2)，所述InxGa(1-x)N层(5.1)的生长过程是：保持反应腔压力为300-400mbar、温度为700-750℃，通入流量为50000-70000sccm的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐平，
申请(专利权)人：湘能华磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43