一种LED外延片生长方法，在生长N型掺杂Si的GaN层时，采用掺杂Si的N型GaN层和不掺杂Si的U型GaN层交替生长方法。该生长方法保持原来N型GaN层的厚度，将传统生长方法持续生长的掺杂Si的GaN层改进为生长掺杂Si的N型GaN层和不掺杂Si的U型GaN层构成的交替结构层，在一定程度上节约掺杂剂的用量。并且，在生长掺杂Si的GaN层和不掺杂Si的GaN层的交替结构中，掺杂Si的GaN层为低电阻值，而不掺杂Si的GaN层为高电阻值，高、低电阻值N型GaN层在电流输送过程中，使得电子横向扩展能力加强，从而降低了驱动电压，同时提升了亮度和光效。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种LED外延片的生长方法。
技术介绍
半导体照明技术是继白炽灯、荧光灯之后，照明光源的又一次革命。半导体照明技术发展迅速、应用领域广、节能潜力大、绿色环保，被公认为是最有发展前景的高技术节能产业之一，而半导体照明的核心就是LED芯片。普通白炽灯的光效为151m/W，而目前照明用LED灯的光效已可达到1001m/W以上，即6瓦的LED灯就可以代替40瓦的白炽灯。LED代替传统照明已表现出明显的节能优势，持续提高LED灯的发光效率，即在额定驱动电流时，减小电压和提高发光亮度，能更有效的降低能源消耗。提高LED的发光效率的一个方法就是优化外延片的设计，提高载流子的发光复合效率。目前存在传统的外延片的生长方法，其通过对量子阱和P型层生长方法的设计，进而提高光效和亮度，例如，通过将量子阱设计成阶梯量子阱、改变电子和空穴波函数的重合度，以及P层生长PAlGaN/PInGaN、PAlGaN/PGaN、PAlGaN/GaN等超晶格的结构来提高电流的扩展能力，从而达到提高亮度的目的。传统的LED外延片生长方法，包括以下步骤:I)在1100-1200°C的氢气气氛下，高温处理蓝宝石衬底5-6分钟；2)降温至530-570°C下，在蓝宝石衬底上生长厚度为30_50nm的低温GaN缓冲层；3)升高温度到1000-1100°C下，持续生长1-2.5iim不掺杂的GaN层；4)然后首先生长1-1.5 iim掺杂Si的N型GaN层，掺杂浓度为I X 1018_5 X 1018cm_3，接着生长0.8-1.0iim的N型掺杂Si的GaN层，掺杂浓度为3 X IO18-1O X 1018cnT3，再持续生长0.07-0.28 ii m的N型掺杂Si的GaN层，掺杂浓度为3 X 1018-9 X 1018cnT3，总厚度控制在 2.0-2.5um ；5)周期性生长有缘层MQW，低温750°C生长厚度为2_3nm的掺杂In的InxGa(1_x)N(x=0.20-0.21)层而高温8401:生长厚度为10-13nm的GaN层，其中InxGa (1_x)N/GaN周期数为 5-15 ；6)再升高温度到930-950°C，持续生长30_50nm的P型AlGaN层；7)再升高温度到950-980°C，持续生长0.15-0.3um的掺杂Mg的P型GaN层；8)最后降温至670-680°C，恒温10_30min，接着降至室温。附图说明图1显示了一种传统的LED外延片，其结构依次包括衬底、低温GaN缓冲层、U型GaN层(其为不掺杂Si的GaN层)、N型GaN层、量子阱MQW (其为发光层量子阱)、低温P型GaN层(其为低温掺杂Mg的GaN层)、P型AlGaN层(其为掺杂Mg、Al型GaN层)和高温P型GaN 层。然而该生长方法存在突出的缺点。例如，采用持续生长掺杂Si的GaN层，由于掺杂剂Si的用量过多。并且，传统生长的N型GaN层，因为掺杂Si浓度一样，每一处的电阻值是相同的。这使得电子运输过程中选择最短路径传输，在最短路径上将会出现电流拥挤的现象。同时，整个外延层电流分布不均匀，流经量子阱的电流比较集中，造成的后果是，芯片的电压较高，光效偏低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种LED外延片的生长方法。该方法通过生长掺杂Si的GaN层和不掺杂Si的GaN层的交替结构，进而改变N型电流横向扩展能力，解决电流拥挤现象，降低驱动电压，从而使得量子阱电流均匀化，总体发光面积增加，使亮度和光效得到有效提升。根据本专利技术提供的一种LED外延片生长方法，在衬底上，依次包括生长低温GaN缓冲层，生长不掺杂Si的GaN层，生长掺杂Si的GaN层，生长量子阱MWQ，生长P型AlGaN层和生长掺杂Mg的P型GaN层，其中所述生长掺杂Si的GaN层包括以下步骤:I)生长掺杂Si的第一 N型GaN层；2)生长掺杂Si的第二 N型GaN层；3)生长掺杂Si的第三N型GaN层和不掺杂Si的U型GaN层的交替层。在本文中，用语“依次”是相对于沿着从衬底指向整个外延片的顶部方向来定义的，并且相邻的两个部分直接接触。在一个实施例中，所述交替层的周期为10-20个周期，总厚度为70nm-280nm。在一个实施例中，所述第三N型GaN层的厚度为5-10nm，所述不掺杂Si的U型GaN层的厚度为2-4nm。在一个实施例中，所述第三N型GaN层的掺杂浓度为3 X 1018_9 X 1018cnT3。在一个实施例中，所述第一 N型GaN层厚度为1.0-1.5 y m，掺杂浓度为lX1018-5X1018cm_3。在一个实施例中，所述第二 N型GaN层厚度为0.8-1.0 ii m，掺杂浓度为3X IO18-1OX 1018cm_3。在一个实施例中，所述衬底为(0001)面蓝宝石。在一个实施例中，采用三甲基镓或三乙基镓作为镓源。在一个实施例中，采用三甲基铟作为铟源。在一个实施例中，所述N型掺杂剂为硅烷，所述P型掺杂剂为二茂镁。本专利技术的有益效果在于:通过保持原来N型GaN层的厚度，将传统生长的掺杂Si的GaN层改进为生长掺杂Si的N型GaN层和不掺杂Si的U型GaN层构成的交替结构层，进而在一定程度上节约掺杂剂的用量。并且，在生长掺杂Si的GaN层和不掺杂Si的GaN层的交替结构中，掺杂Si的GaN层为低电阻值，而不掺杂Si的GaN层为高电阻值，高、低电阻值的N型GaN层在电流输送过程中使得电子横向扩展能力加强，从而降低了驱动电压，并且提升了亮度和光效。以下结合附图来对本专利技术进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为于更好地理解本专利技术，它们不应被理解成对本专利技术的限制。图1是传统N型LED结构示意图2是新型N型LED结构示意图；图3是传统N型GaN的能带结构示意图；图4是新型N型GaN的能带结构示意图；图5是规格为30milX30mil的芯片光效分布图；图6是规格为30milX30mil的芯片电压分布图；图7是规格为10milX18mil的芯片亮度分布图。具体实施例方式本专利技术LED外延片的生长方法包括以下步骤:I)在1100-1200°C的氢气气氛下，高温处理蓝宝石衬底5-6分钟；2)降温至530_570°C下，在蓝宝石衬底上生长厚度为30_50nm的低温GaN缓冲层；3)升高温度到1000-1100°C下，持续生长1-2.5 ii m的不掺杂GaN层；4)根据本专利技术，持续生长2.0-2.5 iim的N型掺杂Si的GaN层取代传统生长方法生长的N型GaN层，具体生长方法如下:(1)首先生长1.0-1.5 iim持续掺杂Si的N型GaN层，其掺杂浓度为I X IO18-SXIOiW ；(2)接着交替生长5_10nm的掺杂浓度为3 X 1018-9 X IO18CnT3的掺杂Si的N型GaN层，和2_4nm的不掺杂Si的U型GaN层，一共交替生长10-20个周期，共70nm-280nm ；(3)再持续生长0.8-1.0 y m的N型掺杂Si的GaN层，其掺杂浓度为3X1018-9X1018cm-3，总厚度控制在2.0-2.5 u m ；5)周期性生长有缘层MQW，低温750°C生长厚度为2_3nm的掺杂In的InxGa (1_X)N(x=0.20-0.21)层，高温840°C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种LED外延片生长方法，其特征在于，在衬底上，依次生长低温GaN缓冲层，不掺杂Si的GaN层，掺杂Si的GaN层，量子阱MWQ，P型AlGaN层和掺杂Mg的P型GaN层，其中所述生长掺杂Si的GaN层包括以下步骤：1）生长掺杂Si的第一N型GaN层；2）生长掺杂Si的第二N型GaN层；3）生长掺杂Si的第三N型GaN层和不掺杂Si的U型GaN层的交替层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：苗振林，张宇，牛凤娟，
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
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