GaN層生長方法及所得LED外延層和LED芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及LED外延層結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特別地，涉及一種GaN層生長方法及所得LED外 延層和LED芯片。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前普遍采用的GaN生長方法是在藍寶石襯底上進行異質(zhì)外延。但是藍寶石與 GaN間存在較大的晶格失配率（約為13-16% )和熱失配比例，使得GaN外延層中的失配位 錯密度較高（約為~K^cm2)?，F(xiàn)有襯底上設(shè)置緩沖層來減少晶格失配率和熱失配率。緩 沖層包括在藍寶石襯底生長的成核成核層和設(shè)置于成核層上的GaN層。GaN層上為摻Si的 N型GaN層。
[0003] 現(xiàn)有方法多通過調(diào)整成核層的生長參數(shù)，來提高GaN與藍寶石襯底晶體相接處的 晶格匹配質(zhì)量。但是，由于成核層在襯底上所形成的晶核仍然屬于在襯底上進行異質(zhì)外延， 因而通過這種手段進行調(diào)整，對所得GaN晶體質(zhì)量的提高效果有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種GaN層生長方法及所得LED外延層和LED芯片，以解決現(xiàn)有技術(shù) 中襯底上生長GaN時二者相接處存在較嚴重的晶格失配率和熱失配的技術(shù)問題。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種GaN層生長方法，包括以下步驟：S1步驟：在 950°C，反應(yīng)壓力為400~500mbar的條件下，在GaN成核層上持續(xù)生長200~400s的第一 GaN層；S2步驟：然后升溫至1000~1050°C，反應(yīng)壓力為500~600mbar的條件下，在所述 第一 GaN層上持續(xù)生長800~1000s的第二GaN層，得到所述GaN層。
[0006] 進一步地，第一GaN層的反應(yīng)壓力為500mbar。
[0007] 進一步地，第一 GaN層的持續(xù)生長時間為200s。
[0008] 進一步地，第二GaN層的生長溫度為1000°C。
[0009] 進一步地，第二GaN層的生長壓力為600mbar。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種LED外延層，所述外延層中包括如上述的 方法制備得到的GaN層。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種LED芯片，包括LED外延層，LED外延層為 如上述方法制備得到的LED外延層。
[0012] 進一步地，LED芯片的亮度為134. 7mW、電壓為3. 12v、漏電0. 028、反向電壓為37v 和2000v下的抗靜電能力為81. 20%。
[0013] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0014] 本發(fā)明提供的生長方法通過調(diào)整GaN層的生長溫度、生長壓力和在相應(yīng)條件下的 生長時間，實現(xiàn)對GaN晶體的分段生長，使分段生長所得具有少許差別的GaN晶體相互配 合，從而實現(xiàn)了 GaN晶體的結(jié)晶質(zhì)量的提升，并減少GaN晶體與襯底晶體之間的晶格失配 率。
[0015] 本發(fā)明還提供了按上述方法制備得到的LED外延片，該外延片中GaN晶體與襯底 中的晶格配合率得到較大提高。
[0016] 本發(fā)明還提供了按上述方法制備得到的LED芯片，該LED芯片中襯底與GaN晶體 之間的晶格失配率得到有效降低。
[0017] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。 下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0018] 構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
[0019] 圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例3與對比例1方法制備得到的晶體XRD結(jié)果對比示意圖； 以及
[0020] 圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例3與對比例2中方法制備得到的晶體XRD結(jié)果對比示意 圖。
【具體實施方式】
[0021] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實施。
[0022] 若未特別指明，實施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。
[0023] 本文中涉及到的百分號" ％"，若未特別說明，是指質(zhì)量百分比；但溶液的百分比， 除另有規(guī)定外，是指溶液l〇〇ml中含有溶質(zhì)若干克；液體之間的百分比，是指在20°C時容量 的比例。
[0024] 本發(fā)明提供了一種在藍寶石或其他常用LED芯片的襯底上生長具有較好晶體質(zhì) 量的GaN層的生長方法。本方法通過調(diào)整很少涉及的縱向GaN層的生長條件，從而實現(xiàn)對 橫向緩沖層所得晶體質(zhì)量的調(diào)整，極大的減少了，所得GaN層與襯底之間的晶格失配率，進 而提高了所得LED芯片各項性能。
[0025] 具體的本發(fā)明提供了一種GaN層生長方法，包括以下步驟：
[0026] S1步驟：在950°C下，反應(yīng)壓力為400~500mbar的條件下，在橫向緩沖層上持續(xù) 生長200~400s的第一 GaN層，其中所通入三甲基鎵流量為200sccm ;
[0027] S2步驟：然后升溫至1000~1050°C，反應(yīng)壓力為500~600mbar的條件下，在第 一 GaN層上持續(xù)生長800~1000s的第二GaN層，得到GaN層，其中所通入三甲基鎵流量為 280sccm〇
[0028] 其中成核層可以為常見的在襯底表面為GaN層提供晶核的層。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過按 上述參數(shù)調(diào)整GaN層的生長條件，能使得GaN層分步生長所得交錯的三維晶格結(jié)構(gòu)與襯底 的匹配性得到提高。按此條件生長所得第一 GaN層的晶格結(jié)構(gòu)以縱向生長的晶體為主，同 時所得晶格在實現(xiàn)縱向生長的同時還具有橫向生長的趨勢。配合在第一 GaN層上生長得到 的第二GaN層，第二GaN層這僅具有縱向生長趨勢。通過將附著于襯底上的GaN層的晶格 結(jié)構(gòu)做如上調(diào)整后，能提高所得GaN晶體與襯底的匹配程度，減少GaN晶體與襯底的晶格位 錯。所得結(jié)果參見附圖1和2。由圖1~2可見，通過多因素協(xié)調(diào)，可以實現(xiàn)對二者晶格匹 配的有效提尚。
[0029] 優(yōu)選的，第一 GaN層的反應(yīng)壓力為500mbar。此時所得第一 GaN層的晶格縱向和橫 向生長趨勢協(xié)同達到最優(yōu)，能最大程度的提高所得GaN晶體與襯底的匹配性。
[0030] 優(yōu)選的，第一 GaN層的持續(xù)生長時間為200s。此時第一 GaN層的厚度能最好的與 第二GaN層相匹配，使得最終所得GaN層的晶格匹配率達到最優(yōu)。
[0031] 優(yōu)選的，第二GaN層的生長溫度為1000°C。此時升高溫度后，能保證第二GaN層的 晶格生長以縱向生長為主，避免了其中的橫向生長趨勢對襯底晶格匹配的影響。
[0032] 優(yōu)選的，第二GaN層的生長壓力為600mbar。此時，能避免GaN晶格的縱向生長趨 勢過生長，降低晶格匹配率。
[0033] 本發(fā)明另一方面還提供了一種包含上述方法制備得到的GaN層的LED外延層。所 得具有上述外延層的LED外延結(jié)構(gòu)。能降低GaN晶體與襯底之間的晶格失配率。
[0034] 本發(fā)明另一方面還提供了一種具有上述LED外延層的LED芯片。該芯片可以按常 規(guī)方法制備得到。同時所得LED芯片的亮度為134. 7mW、電壓為3. 12v、漏電0. 028、反向電 壓為37v和2000v下的抗靜電能力為81. 20%。充分證明了上述生長方法能有效提高所得 LED芯片的各項電學性能。
[0035] 實施例
[0036] 以下實施例中均運用M0CVD來生長高亮度GaN基LED外延片。采用氏或/和 隊的混合氣體作為載氣，NH 3作為N源，金屬有機源三甲基鎵（TMGa)作為鎵源，三甲基銦 (TMIn)作為銦源，N型摻雜劑為硅烷（SiH 4)，三甲基鋁（TMA1)作為鋁源，P型摻雜劑為二茂 鎂（CP2Mg)，襯底為（0001)面藍寶石，反應(yīng)壓力為lOOmbar~800mbar。
[0037] 實施例1
[0038] LED外延層結(jié)構(gòu)的生長條件包括以下步驟：
[0039] 1、在1000°C，反應(yīng)腔壓力維持在lOOmbar的氫氣氣氛下高溫處理藍寶石襯底5分 鐘；
[0040] 2、降溫至550°C下，反應(yīng)腔壓力維持在400mbar，在藍寶石襯底上生長厚度為20nm 的GaN成核層；
[0041] 3、S1步驟：在950°C下，反應(yīng)壓力為400mbar的條件下，在GaN成核層上持續(xù)生長 200s的第一 GaN層，其中三甲基鎵的流量為200sccm ;
[0042] S2步驟：然后升溫至1000°C，反應(yīng)壓力為500mbar的條件下，在第一 GaN層上持續(xù) 生長800s的第二GaN層，其中三甲基鎵的流量為280sccm，得到GaN層，整個過程中順3的 流量為 28000sccm。
[0043] 4、升高溫度到1150°C下，反應(yīng)腔壓力維持在200mbar，持續(xù)生長2000s的不摻雜 GaN ；
[0044] 5、然后持續(xù)生長摻雜Si的N型GaN，Si摻雜濃度5E+18,總厚度控制在2 y m ;
[0045] 6、周期性生長有緣層MQW，反應(yīng)腔壓力維持在300mbar，低溫700°C，（1)同時通入 50000sccm 的 NH3、lOOsccm 的 TEGa、1500sccm 的 TMIn 生長總厚度控制在 3nm 的 InGaN。然 后升高溫度至800°C，壓力不變，同時通入50000sccm的NH3、400sccm的TEGa生長約10nm 的GaN層.InGaN/GaN周期數(shù)