專利名稱：一種提高GaN基LED發光效率的外延方法
技術領域：
本發明涉及GaN基材料的外延生長，尤其涉及GaN基藍綠光發光二極管的外延生長。
背景技術：
發光二極管(LED，Light Emitting Diode)具有長壽、節能、環保、可靠性高等優點，并且近年來，LED在大屏幕彩色顯示、交通信號燈和照明等領域發揮了越來越重要的作用。但要在全彩屏顯示和照明領域發揮更大的作用，LED的亮度還有待進一步的提升。目前絕大多數GaN基藍綠光LED都是采用金屬有機化合物氣相沉積方法(M0CVD Metal-Organic Chemical Vapor D印osition)異質外延生長在藍寶石(A1203)襯底上，但由于GaN和藍寶石襯底間具有大的晶格常數和熱膨脹系數失配，會在界面處產生強的應力作用以及大量的位錯和缺陷，對于目前通用的藍綠光LED外延結構，如圖1所示，這些位錯和缺陷會延伸至樣品外延層表面，密度高達1X1019 /cm3，嚴重影響了材料的內量子效率。因此，采用特殊的外延方法降低GaN外延層中的應力和缺陷密度，提高量子阱區材料的晶體質量，是提高LED內量子效率的有效途徑。
發明內容
本發明是通過采用特殊的外延生長方法降低量子阱前外延層中的應力和缺陷密度，以阻止其繼續延伸至量子阱有源區，從而達到提高量子阱區材料的晶體質量，進而提升內量子效率的目的。本發明的技術方案為一種提高GaN基LED發光效率的外延生長方法，該芯片包括襯底以及依次層疊于襯底上的緩沖層、U-GaN層、η型GaN、η型電流擴展層、η型空間層、量子阱有源區、P型電子阻擋層、p-GaN、接觸層，其特征在于在η型電流擴展層和 η型空間層之間先通入具有表面處理作用的氣體進行表面處理，表面處理的時間為IOs 20min，具有表面處理作用的氣體可以是SiH4、H2、CH4、NH3或CP2Mg，處理溫度700°C 1100°C。然后再通過生長條件的控制將表面恢復平整，在η型電流擴展層與η型空間層之間形成表面處理層、η型表面恢復層。η型表面恢復層；先生長IOs IOmin的成核層；然后生長約3 500Α厚的摻Si的η GaN層。η型GaN空間層的厚度約1 lOOnm。之后再開始生長量子阱有源區。本發明的優點在于在生長完量子阱有源區前的η型InGaN電流擴展層后，通過通入具有表面處理作用的氣體將從藍寶石襯底和GaN界面延伸至該層的缺陷進行處理，以減少該層中的缺陷密度，另外缺陷減少的同時有利于外延層中應力的釋放；雖然通過具有表面處理作用的氣體處理的η型電流擴展層表面會呈現較小的不平整的坑現象，如圖3所示，這可以通過控制外延生長條件有效的將樣品表面恢復平整，即先生長成核層，然后再通過控制外延生長條件，增強二維生長模式，生長一層η型層將樣品表面恢復平整；隨后開始在低應力和低缺陷密度的η型GaN層上生長η型GaN空間層和量子阱有源區，從而降低應
3力和缺陷對量子阱有源區的影響，提高內量子效率。
圖1是傳統的GaN基藍綠光LED外延結構；
圖2是本發明的實施例的GaN基藍綠光LED外延結構； 圖3是SiH4氣體處理后的η型電流擴展層截面示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。本實施例以GaN基藍光LED外延生長為例，具體說明本發明的LED外延生長方法的步驟。以下生長過程均是采用MOCVD法在MOCVD反應腔中進行的。實施例一
1)將(0001)晶向的藍寶石襯底200放置石墨盤上并送入反應腔中，加熱至1060°C對藍寶石襯底進行5min的熱處理。2)降溫至540°C生長約30 70nm厚的低溫緩沖層201。3)升溫至1020°C生長約100 300nm厚的成核層。4)升溫至1080°C生長約Ium厚的不摻雜的GaN層202。5)生長約1. 7um厚的摻Si的η GaN層203。6)降溫至850°C生長約40nm厚的摻Si的η型電流擴展層204。7)在700°C通入IOs的SiH4對η型電流擴展層的表面進行處理205。8)生長20s的成核層，生長壓力為600Torr。9)生長約50A厚的摻Si的η GaN表面恢復層206，生長壓力IOOTorr。10)生長約20nm厚的摻Si的η型GaN空間層207。11)生長不摻雜的6個周期hGaN/GaN量子阱有源層208。12)升溫生長約30nm厚的摻Mg的ρ AlGaN電子阻擋層211。13)生長約150nm厚的摻Mg的ρ GaN層212。14)生長約5nm厚的接觸層213。實施例二
15)將(0001)晶向的藍寶石襯底放置石墨盤上并送入反應腔中，加熱至1060°C對藍寶石襯底進行5min的熱處理。16)降溫至540°C生長約30 70nm厚的低溫緩沖層。17)升溫至1020°C生長約100 300nm厚的成核層。18)升溫至1080°C生長約Ium厚的不摻雜的GaN層。19)生長約1. 7um厚的摻Si的η GaN層。20)降溫至850°C生長約40nm厚的摻Si的η型電流擴展層。21)升溫至900°C通入IOmin的H2對η型電流擴展層表面進行處理。22)生長20s的成核層，生長壓力為600Torr。23)生長約50A厚的摻Si的η GaN層，生長壓力IOOTorr。24)生長約20nm厚的摻Si的η型GaN空間層。
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25)生長不摻雜的6個周期hGaN/GaN量子阱有源層。26)升溫生長約30nm厚的摻Mg的ρ AlGaN電子阻擋層。27)生長約150nm厚的摻Mg的ρ GaN層。28 )生長約5nm厚的接觸層。實施例三
29)將(0001)晶向的藍寶石襯底放置石墨盤上并送入反應腔中，加熱至1060°C對藍寶石襯底進行5min的熱處理。30)降溫至540°C生長約30 70nm厚的低溫緩沖層。31)升溫至1020°C生長約100 300nm厚的成核層。32)升溫至1080°C生長約Ium厚的不摻雜的GaN層。33)生長約1. 7um厚的摻Si的η GaN層。34)降溫至850°C生長約40nm厚的摻Si的η型電流擴展層。35)升溫至1100°C通入20min的CH4對η型電流擴展層的表面進行處理。36)生長20s的成核層，生長壓力為600Torr。37)生長約50A厚的摻Si的η GaN表面恢復層，生長壓力IOOTorr。38)生長約20nm厚的摻Si的η型GaN空間層。39)生長不摻雜的6個周期hGaN/GaN量子阱有源層。40)升溫生長約30nm厚的摻Mg的ρ AlGaN電子阻擋層。41)生長約150nm厚的摻Mg的ρ GaN層。42 )生長約5nm厚的接觸層。本發明的其它條件，同例可證，這里不再一一列舉。
權利要求
1.一種提高GaN基LED發光效率的外延生長方法，該芯片包括襯底以及依次層疊于襯底上的緩沖層、U-GaN層、η型GaN、η型電流擴展層、η型空間層、量子阱有源區、ρ型電子阻擋層、p-GaN、接觸層，其特征在于在η型電流擴展層和η型空間層之間先通入具有表面處理作用的氣體進行表面處理，然后再通過生長條件的控制將表面恢復平整，在η型電流擴展層與η型空間層之間形成表面處理層、η型表面恢復層。
2.如權利要求1所述的提高GaN基LED發光效率的外延生長方法，其特征在于表面處理的時間為IOs 20min，處理溫度700°C 1100°C。
3.如權利要求1或2所述的提高GaN基LED發光效率的外延生長方法，其特征在于 具有表面處理作用的氣體可以是SiH4、H2、CH4、NH3或CP2Mg。
4.如權利要求1或4所述的提高GaN基LED發光效率的外延生長方法，其特征在于 η型表面恢復層；先生長IOs IOmin的成核層；然后生長約3 500Α厚的摻Si的η GaN 層。
5.如權利要求1所述的提高GaN基LED發光效率的外延生長方法，其特征在于η型GaN 空間層的厚度約1 lOOnm。
全文摘要
本發明公開了一種有效提高GaN基LED發光效率的外延生長方法，該方法是在傳統的GaN基LED結構襯底上的緩沖層、uGaN層、nGaN、n型電流擴展層、n型空間層、量子阱有源區、p型電子阻擋層、p型GaN、接觸層的基礎上，在n型電流擴散層和n型空間層之間加入一步表面處理的程序，將從襯底和GaN界面延伸至電流擴散層的缺陷以及應力進行破壞和釋放，之后再通過生長條件的控制將材料的表面恢復平整，然后再生長量子阱有源區。結果表明，和傳統的生長技術相比，這樣生長的量子阱受缺陷和應力的影響較小，能有效的提高樣品的發光強度。本發明適用于藍綠光波段的GaN基LED的外延生長。
文檔編號C30B29/38GK102418146SQ20111033065
公開日2012年4月18日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者劉榕, 孫玉芹, 王江波, 魏世禎 申請人:華燦光電股份有限公司