专利名称：一种发光二极管芯片的外延层生长方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及ー种发光二极管芯片的外延层生长方法。
背景技术：
发光二极管芯片为半导体晶片，是发光二极管的核心组件。发光二极管芯片主要包括衬底、生长在衬底上的外延层和设于外延层上的电极。
其中，外延层通常包括不掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层和P型层。目前大多数的发光二极管都是采用 MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,金属有机化合物气相沉积)方法在蓝宝石衬底上生长外延层。其中，在生长外延层时，采用的生长压カ为 40 400torr。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题由于外延层和蓝宝石衬底间具有大的晶格常数和热膨胀系数失配，因此在外延层生长的过程中会产生大量的位错和缺陷，在生长压カ为4(T400torr的情况下，这些位错和缺陷会从衬底层延伸至外延层表面，密度高达IX IOkVc1Ii3，影响了发光二极管芯片的内量子效率，降低了发光二极管芯片的质量。
发明内容
为了降低发光二极管芯片的缺陷密度，提高内量子效率，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的外延层生长方法。所述技术方案如下—种发光二极管芯片的外延层生长方法,所述方法包括采用金属有机化合物气相沉积方法在衬底上依次生长不掺杂的GaN层、η型层、量子阱有源区层、P型层，所述量子阱有源区层的生长压カ为60(T750torr。优选地，所述η型层包括η型载流子层和η型接触层，所述η型接触层的生长压カ为 600 750torr。进ー步地，所述η型载流子层的生长压カ为4(T400torr。优选地，所述P型层包括P型载流子层和P型接触层，所述P型GaN接触层的生长压カ为6OO 750torr。进ー步地，所述P型载流子层的生长压カ为4(T400torr。优选地，所述在衬底上采用金属有机化合物气相沉积方法依次生长不掺杂的GaN层、η型层、量子阱有源区层、P型层之前，所述方法还包括对所述衬底进行热处理，所述热处理的温度为1060°C。进ー步地，所述热处理的时间为5分钟。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是在外延层生长的过程中，外延层的材料会同时进行生长和裂解，通过将量子阱有源区层的生长压カ设为60(T750torr，增强了量子阱有源区层的材料的裂解效应，而较强的裂解效应使得材料的表面变得粗糙，有效增加了材料的横向生长效应，从而降低了材料中的缺陷密度，提高了发光二极管芯片的晶体质量和内量子效率，进而提高了发光二极管芯片的发光效率。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本发明实施例中提供的ー种发光二极管芯片的外延层的结构示意图；图2是本发明实施例2中提供的ー种发光二极管芯片的外延层的生长压カ示意图。
附图中，各标号所代表的组件列表如下I衬底；2不掺杂的GaN层；3n型层；31n型GaN载流子层；32n型GaN接触层；4量子阱有源区层；5p型层；5 Ip型GaN载流子层；52p型GaN接触层。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进ー步地详细描述。本发明实施例将以GaN基发光二极管芯片为例，来说明本发明实施例提供的发光ニ极管芯片的外延层生长方法。下面先简单介绍GaN基蓝光发光二极管芯片的外延层的结构。具体地，如图I所示，该发光二极管芯片的外延层包括依次层叠在衬底I上的不掺杂的GaN层2、n型层3、量子阱有源区层4、p型层5，其中，η型层3包括η型载流子层31和η型接触层32，P型层5包括P型载流子层51和P型接触层52，量子阱有源区层4可以包括依次交替层叠的InGaN层和GaN层。一般地，η型GaN载流子层21的厚度为I 3um，η型GaN接触层32的厚度为5 100nm，p型GaN载流子层51的厚度为10(T300nm，p型GaN接触层52的厚度为5 50nm。更具体地，η型GaN载流子层31、η型GaN接触层32中的η型可以通过Si掺杂获取，P型GaN载流子层51和P型GaN接触层52中的ρ型可以通过Mg掺杂获取。实施例I本发明实施例提供了ー种发光二极管芯片的外延层生长方法,该方法包括采用MOCVD方法在衬底I上依次生长u型GaN层2、η型层3、量子阱有源区层4、P型层5，如图2所示，其中，量子有源区层4的生长压カ为60(T750torr。在具体实施中，该方法可以通过以下步骤实现步骤101 :将晶向的蓝宝石衬底放置石墨盘上并送入反应腔中，加热至1060°C对蓝宝石衬底进行5min的热处理。步骤102 :在200torr低压下生长2um厚的不掺杂的GaN层2。步骤103 :在40torr低压下生长2um厚的掺Si的η型GaN载流子层31。步骤104 :在40torr低压下生长约30nm厚的掺Si的η型GaN接触层32。步骤105 :在600torr高压下生长InGaN/GaN的量子阱有源层4。步骤106 :在40torr低压下生长200nm厚的掺Mg的ρ型GaN载流子层51。步骤107 :在40torr低压下生长30nm厚的掺Mg的ρ型GaN接触层52，得到多颗芯片a。上述生长过程是采用MOCVD法在MOCVD反应腔中进行的。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是在外延层生长的过程中，外延层的材料会同时进行生长和裂解，通过将量子阱有源区层的生长压カ设为60(T750torr，增强了量子阱有源区层的材料的裂解效应，而较强的裂解效应使得材料的表面变得粗糙，有效增加了材料的横向生长效应，从而降低了材料中的缺陷密度，提高了发光二极管芯片的晶体质量和内量子效率，进而提高了发光二极管芯片的发光效率。同时在η型层和ρ型层部分或全部采用采用60(T750torr的高压生长，进ー步增强了材料的裂解效应，降低了材料中的缺陷密度，提高了发光二极管芯片的发光效率。实施例2本发明实施例提供了ー种发光二极管芯片的外延层生长方法，參见图2，该方法包 括采用MOCVD方法在衬底I上依次生长不掺杂的GaN层2、η型层3、量子阱有源区层4、ρ型层5，如图2所示，其中，量子有源区层4的生长压カ为60(T750torr。优选地，η型接触层32的生长压カ为60(T750torr。进ー步地，η型GaN载流子层31的生长压カ为4(T400torr。在实际生长中，为了提高生长的速度，一般会采用4(T400torr生长η型GaN载流子层31。显然地，也可以采用高压60(T750torr生长η型GaN载流子层31，采用高压60(T750torr生长可以进ー步加大材料的裂解效应，降低材料中的缺陷密度。需要说明的是，η型GaN载流子层31和η型GaN接触层32的材料是相同的，在生长时，先采用4(T400torr低压生长η型层3，此时生长的为η型GaN载流子层31，一定时间后，采用60(T750torr生长η型层3，此时生长的为η型GaN接触层32。显然地，η型GaN载流子层31也可以采用60(T750torr生长。优选地，ρ型GaN接触层52的生长压カ为60(T750torr。进ー步地，ρ型载流子层51的生长压カ为4(T400tOrr。在实际生长中，为了提高生长的速度，一般会采用4(T400torr生长ρ型载流子层51。显然地，也可以采用高压60(T750torr生长ρ型载流子层51,采用高压60(T750torr生长可以进ー步加大材料的裂解效应，降低材料中的缺陷密度。需要说明的是，P型GaN载流子层51和ρ型GaN接触层52的材料是相同的，在生长时，先采用4(T400torr低压生长ρ型层5，此时生长的为ρ型GaN载流子层51，一定时间后，采用60(T750torr生长ρ型层5，此时生长的为ρ型GaN接触层52。显然地，ρ型GaN载流子层51也可以采用60(T750torr生长。优选地，在衬底I上采用金属有机化合物气相沉积方法依次生长u型GaN层2、η型层3、量子阱有源区层4、ρ型层5之前，该方法还包括对衬底I进行热处理，热处理的温度为1060°C。进ー步地，热处理的时间为5分钟。在具体实施中，该方法可以通过以下步骤实现步骤201 :将晶向的蓝宝石衬底放置石墨盘上并送入反应腔中，加热至1060°C对蓝宝石衬底进行5min的热处理。
步骤202 :在200torr低压下生长2um厚的不掺杂的GaN层2。步骤203 :在220torr低压下生长2um厚的掺Si的η型GaN载流子层31。步骤204 :在600torr高压下生长约30nm厚的掺Si的η型GaN接触层32。步骤205 :在600torr高压下生长InGaN/GaN量子阱有源区层4。步骤206 :在220torr低压下 生长200nm厚的掺Mg的ρ型GaN载流子层51。步骤207 :在600torr低压下生长30nm厚的掺Mg的ρ型GaN接触层52，得到多颗芯片b。上述生长过程是采用MOCVD法在MOCVD反应腔中进行的。在具体实施中，该方法也可以通过以下步骤实现步骤301 :将晶向的蓝宝石衬底放置石墨盘上并送入反应腔中，加热至1060°C对蓝宝石衬底进行5min的热处理。步骤302 :在200torr低压下生长2um厚的不掺杂的GaN层2。步骤303 :在220torr低压下生长2um厚的掺Si的η型GaN载流子层31。步骤304 :在680torr高压下生长约30nm厚的掺Si的η型GaN接触层32。步骤305 :在680torr高压下生长InGaN/GaN量子阱有源区层4。步骤306 :在220torr低压下生长200nm厚的掺Mg的ρ型GaN载流子层51。步骤307 :在680torr低压下生长30nm厚的掺Mg的ρ型GaN接触层52，得到多颗芯片C。上述生长过程是采用MOCVD法在MOCVD反应腔中进行的。在具体实施中，该方法也可以通过以下步骤实现步骤401 :将晶向的蓝宝石衬底放置石墨盘上并送入反应腔中，加热至1060°C对蓝宝石衬底进行5min的热处理。步骤402 :在200torr低压下生长2um厚的不掺杂的GaN层2。步骤403 :在400torr低压下生长2um厚的掺Si的η型GaN载流子层31。步骤404 :在750torr高压下生长约30nm厚的掺Si的η型GaN接触层32。步骤405 :在750torr高压下生长InGaN/GaN量子阱有源区层4。步骤406 :在400torr低压下生长200nm厚的掺Mg的ρ型GaN载流子层51。步骤407 :在750torr低压下生长30nm厚的掺Mg的ρ型GaN接触层52，得到多颗芯片d。上述生长过程是采用MOCVD法在MOCVD反应腔中进行的。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是在外延层生长的过程中，外延层的材料会同时进行生长和裂解，通过将量子阱有源区层的生长压カ设为60(T750torr，增强了量子阱有源区层的材料的裂解效应，而较强的裂解效应使得材料的表面变得粗糙，有效增加了材料的横向生长效应，从而降低了材料中的缺陷密度，提高了发光二极管芯片的晶体质量和内量子效率，进而提高了发光二极管芯片的发光效率。同时在η型层和ρ型层部分或全部采用采用60(T750torr的高压生长，进ー步增强了材料的裂解效应，降低了材料中的缺陷密度，提高了发光二极管芯片的发光效率。需要说明的是，本发明实施例提供的方法不仅可以用来生长GaN基发光二极管芯片的外延层，也可以用来生长其他类型的发光二极管芯片的外延层，例如AlGaInP基发光ニ极管芯片的外延层、GaAsP基发光二极管芯片的外延层等等。产品试验对现有的发光二极管芯片(即采用4(T400tOrr的生长压カ生长外延层)和本发明
实施例提供的发光二极管芯片的光功率进行了测试，测试结果如下表
权利要求
1.ー种发光二极管芯片的外延层生长方法，所述方法包括采用金属有机化合物气相沉积方法在衬底上依次生长不掺杂的GaN层、η型层、量子阱有源区层、P型层，其特征在于，所述量子阱有源区层的生长压カ为60(T750torr。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在干，所述η型层包括η型载流子层和η型接触层，所述η型接触层的生长压カ为60(T750torr。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述η型载流子层的生长压カ为40^400torro
4.如权利要求I所述的方法，其特征在干，所述P型层包括P型载流子层和P型接触层，所述P型GaN接触层的生长压カ为60(T750torr。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在干，所述P型载流子层的生长压カ为40 400torr。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述在衬底上采用金属有机化合物气相沉积方法依次生长不掺杂的GaN层、η型层、量子阱有源区层、P型层之前，所述方法还包括对所述衬底进行热处理，所述热处理的温度为1060°C。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述热处理的时间为5分钟。
全文摘要
本发明公开了一种发光二极管芯片的外延层生长方法，属于半导体技术领域。该方法包括在衬底上采用金属有机化合物气相沉积方法依次生长不掺杂的GaN层、n型层、量子阱有源区层、p型层，所述量子阱有源区层的生长压力为600~750torr。本发明在外延层生长的过程中，外延层的材料会同时进行生长和裂解，通过将量子阱有源区层的生长压力设为600~750torr，增强了量子阱有源区层的材料的裂解效应，而较强的裂解效应使得材料的表面变得粗糙，有效增加了材料的横向生长效应，从而降低了材料中的缺陷密度，提高了发光二极管芯片的晶体质量和内量子效率，进而提高了发光二极管芯片的发光效率。
文档编号H01L33/00GK102832301SQ20121031244
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者孙玉芹, 王江波, 刘榕 申请人:华灿光电股份有限公司