一種利用濕法PSS提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用濕法PSS提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為新一代綠色環(huán)保固態(tài)照明光源，GaN基LED已經(jīng)廣泛用于大規(guī)模生產(chǎn)中。相比于其它傳統(tǒng)光源，高性能LED具有光電轉(zhuǎn)換效率高、壽命長、損耗低、無污染等顯著優(yōu)勢，普遍應(yīng)用于通用照明、交通信號指示、顯示屏和背光源等領(lǐng)域。目前，GaN基LED在生產(chǎn)中普遍采用PSS作為襯底材料，PSS的制備方法有兩種，干法和濕法。干法PSS由于具有刻蝕速率可控、圖形轉(zhuǎn)換精度高、重復(fù)性好等特點被大規(guī)模生產(chǎn)廣泛使用。干法PSS缺點是在制備過程中采用離子轟擊將高能Al-O鍵打斷，產(chǎn)生PSS表面損傷，形成非輻射復(fù)合中心，發(fā)光效率低，成本高。為克服干法PSS亮度低、成本高等缺點，濕法PSS引起高度重視。相對于干法PSS，濕法PSS成本低、無表面損傷、且具有理想的晶體生長表面，適合高亮度LED外延生長。但是，濕法腐蝕會形成多個晶面，GaN需要在特定晶面上生長，因此濕法PSS會造成外延生長困難。為進(jìn)一步提高LED發(fā)光效率，充分發(fā)揮濕法PSS適合高亮度LED生長的優(yōu)勢，必須采用與濕法PSS配套的外延生長技術(shù)，進(jìn)一步減小GaN材料的應(yīng)力以提高GaN材料質(zhì)量和LED發(fā)光效率。中國發(fā)明專利文獻(xiàn)(公開號:CN 1588640A)《在特定的圖形藍(lán)寶石襯底上制備高質(zhì)量GaN基材料的方法》公開了一種采用濕法槽狀條紋圖形藍(lán)寶石襯底外延生長GaN的方法，該方法采用傳統(tǒng)兩步法外延生長技術(shù)，不利于GaN材料質(zhì)量和LED發(fā)光效率的進(jìn)一步提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種利用濕法PSS提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結(jié)構(gòu)，所述外延結(jié)構(gòu)依次包括濕法PSS襯底、低溫GaN成核層、低溫梯度AlxGayIn1IyN成核層、非故意摻雜高溫GaN層、η型GaN層、多量子阱層和P型GaN層。所述外延結(jié)構(gòu)的特征在于，以濕法PSS為襯底材料，具有成本低、避免干法PSS刻蝕損傷等優(yōu)點；在傳統(tǒng)LED結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加低溫梯度AlxGayIn1^N成核層，進(jìn)一步減小GaN材料應(yīng)力，降低缺陷密度，提高GaN材料質(zhì)量和LED發(fā)光效率。
【附圖說明】
[0004]圖1是本發(fā)明所述GaN基LED外延結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0005]結(jié)合圖1，本發(fā)明所述LED結(jié)構(gòu)的具體實施步驟如下:
[0006]采用MOCVD技術(shù)，以濕法PSS作為襯底材料，在傳統(tǒng)LED結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加低溫梯度AlxGayIn1HN成核層。
[0007]步驟(I):將MOCVD反應(yīng)室反復(fù)沖抽后，將真空度逐漸降至40?lOOmbar。將反應(yīng)室的壓力從常壓降至50mbar，再從50mbar充氣升至常壓，這樣反復(fù)至少2次，使反應(yīng)室達(dá)到清潔環(huán)境。將反應(yīng)室壓力調(diào)整至80mbar，為升溫做準(zhǔn)備。
[0008]步驟(2):將反應(yīng)室在低壓下逐漸升溫至1090°C，進(jìn)行H2處理5?30min以便氣體脫附，升溫速率為1.50C /min，氣體流量為72L/min，反應(yīng)室壓力為80mbar。
[0009]步驟(3):將反應(yīng)室溫度降至550°C，在NH3條件下對濕法PSS進(jìn)行氮化處理3min。反應(yīng)室溫度從1090°C降至550°C的降溫速率為1.5?2.5°C /min，H2流量為52slm，反應(yīng)室壓力為600mbar。待見13流量達(dá)到20slm后，切換到反應(yīng)室。
[0010]步驟⑷:待溫度穩(wěn)定后打開MO源，生長低溫GaN或AlN成核層30nm。此時反應(yīng)室壓力為 600mbar，H2流量為 52slm，NH 3流量為 20slm，TMGa 流量為 250umol/min。
[0011]步驟(5):調(diào)整反應(yīng)室溫度至450?800°C，生長低溫梯度AlxGayIn^yN成核層30?500nm。此時反應(yīng)室壓力為100?600mbar，H2流量為5081111，順3流量為22slm。通過精確控制TMGa、TMAl、TMIn的流量、生長時間、溫度等參數(shù)，獲得Al、Ga、In組分可控的低溫梯度成核層。低溫梯度AlxGayIn1^N成核層中x和y的變化范圍為O?l，x和y可以隨厚度線性、非線性變化，也可以不隨厚度變化。
[0012]步驟(6):將反應(yīng)室溫度在H2條件下升溫至1050?1100°C，打開TMGa源生長非故意慘雜GaN層1.8?4.5um及η型GaN層1.8?4.0um0此時反應(yīng)室壓力為200?600mbar,非故意摻雜GaN層及η型GaN層的生長速率為2.0?6.0um/h, H2流量為47slm，NH 3流量為25slm，η型GaN摻雜劑為SiH4,濃度為200ppm。
[0013]步驟(7):將反應(yīng)室溫度降至600?800°〇，在N2條件下生長InGaN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu)。InGaN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu)中In的濃度為1%?35%，由所生長LED的目標(biāo)波長決定。此時反應(yīng)室中沒有H2，完全是N2氣氛，生長壓力為200?600mbar，N2流量為42slm，NH 3流量為30slm，InGaN/GaN多量子阱中壘層的厚度為2?17nm，采用TEGa/TMGa作為Ga源，流量為50?400umol/min，量子阱層的厚度為2?5nm。
[0014]步驟⑶:將反應(yīng)室溫度升高至800?1000°C，在N2、112或N 2和H 2混合氣氛下生長P型GaN層50?300nm?？刂拼诉^程的升溫速率為1.5°C /min,待溫度穩(wěn)定后打開TMGa源和P型摻雜劑二茂鎂CP2Mg生長P型GaN層，生長壓力為100?600mbar，氣體流量為72slm。
[0015]步驟(9):最后將反應(yīng)室溫度降至400?800°C，在隊條件下進(jìn)行退火10?40min，完成LED外延生長。退火可以采用逐步降溫的方式，也可以采用恒定溫度與時間的方式，N2流量為60?lOOslm，關(guān)閉H2。
[0016]以上實例僅用于說明而非限制本發(fā)明技術(shù)方案。任何不脫離本發(fā)明范圍的技術(shù)方案，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專利保護范圍之中。
【主權(quán)項】
1.一種利用濕法PSS提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結(jié)構(gòu)，所述外延結(jié)構(gòu)依次包括濕法PSS襯底、低溫GaN成核層、低溫梯度AlxGayIn1^N成核層、非故意摻雜高溫GaN層、η型GaN層、多量子阱層和P型GaN層。所述外延結(jié)構(gòu)的特征在于，以濕法PSS為襯底材料，在傳統(tǒng)LED結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加低溫梯度AlxGayInnyN成核層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用濕法PSS提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:低溫梯度AlxGayIn1IyN成核層的生長溫度介于低溫GaN或AlN成核層與InGaN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu)生長溫度之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用濕法PSS提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:低溫梯度AlxGayIn1IyN成核層的生長壓力為100?600mbar ；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用濕法PSS提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:低溫梯度AlxGayIn1^N成核層的厚度為30?500nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用濕法PSS提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:低溫梯度AlxGayIn1^N成核層中x和y的變化范圍為O?I。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用濕法PSS提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:低溫梯度AlxGayIrvx_yN成核層中x和y隨厚度可以線性變化，也可以非線性變化。
【專利摘要】本實用新型提出一種利用濕法PSS提高GaN基LED發(fā)光效率的外延結(jié)構(gòu)，所述外延結(jié)構(gòu)依次包括濕法PSS襯底、低溫GaN成核層、低溫梯度AlxGayIn1-x-yN成核層、非故意摻雜高溫GaN層、n型GaN層、多量子阱層和p型GaN層。所述外延結(jié)構(gòu)的特征在于，以濕法PSS為襯底材料，具有成本低、避免干法PSS刻蝕損傷等優(yōu)點；在傳統(tǒng)LED結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加低溫梯度AlxGayIn1-x-yN成核層，進(jìn)一步減小GaN材料應(yīng)力，降低缺陷密度，提高GaN材料質(zhì)量和LED發(fā)光效率。
【IPC分類】H01L33-32, H01L33-00
【公開號】CN204596829
【申請?zhí)枴緾N201520207139
【發(fā)明人】徐麗萍
【申請人】上海世湖材料科技有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月8日