一種在金屬氮化鎵復合襯底上制備發光二極管的方法，包括以下步驟，首先在N2氣氛，820?850℃，反應室壓力300torr下,在金屬GaN復合襯底上外延厚度為200納米的低溫n型GaN應力釋放層，然后在N2氣氛、750?850℃下，生長多周期的InxGa1?xN/GaN多量子阱有源區；接著在H2氣氛、850?95℃下，生長p型Aly1Inx1Ga1?y1?x1N電子阻擋層，然后在H2氣氛、950?1050℃下，生長高溫p型GaN層；接著再在H2氣氛、650?750℃下生長p型InGaN接觸層，退火處理制備得到高亮度金屬氮化鎵復合襯底發光二極管。本發明專利技術提高了金屬氮化鎵復合襯底發光二極管發光效率。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體光電子
，一種在金屬氮化鎵復合襯底上制備高亮度發光二極管的方法。
技術介紹
LED的散熱現在越來越為人們所重視，這是因為LED的光衰或其壽命是直接和其結溫有關，散熱不好結溫就高，壽命就短，依照阿雷紐斯法則溫度每降低10℃壽命會延長2倍。根據光衰和結溫的關系，結溫假如能夠控制在65°C，那么其光衰至70％的壽命可以高達10萬小時！但是，限于實際的LED燈的散熱性能， LED燈具的壽命變成了一個影響其性能的主要問題。而且，結溫不但影響長時間壽命，也還直接影響短時間的發光效率。比如結溫為25度時的發光量為100%，那么結溫上升至60度時，其發光量就只有90%；結溫為100度時發光量就下降到80%；結溫升至140度時發光量就只有70%。由此可見，改善LED燈的散熱，控制結溫是十分重要的事情。除此以外，LED的發熱還會使得其光譜移動，色溫升高，正向電流增大（恒壓供電時），反向電流也增大，熱應力增高，熒光粉環氧樹脂老化加速等等種種問題。因此，LED的散熱是LED燈具的設計中最為重要的一個問題。LED芯片的特點是在極小的體積內產生極高的熱量。而LED本身的熱容量很小，所以必須以最快的速度把這些熱量傳導出去，否則就會產生很高的結溫。為了盡可能地把熱量引出到芯片外面，人們在LED的芯片結構上進行了很多改進。為了改善LED芯片本身的散熱，其最主要的改進就是采用導熱性更好的襯底材料。早期的LED只是采用Si（硅）作為襯底。后來就改為藍寶石作襯底。但是藍寶石襯底的導熱性能不太好，在100°C時約為25W/（m-K）。采用金屬氮化鎵復合襯底可以有效解決LED散熱問題，然而由于金屬襯底和氮化鎵外延層之間存在較大的熱失配，目前在金屬氮化鎵復合襯底上制備發光二極管的亮度不盡人意。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種散熱性佳，提高發光效率的在金屬氮化鎵復合襯底上制備發光二極管的方法。為了解決上述技術問題，本專利技術采取以下方案：一種在金屬氮化鎵復合襯底上制備發光二極管的方法，包括以下步驟：步驟1，將金屬氮化鎵復合襯底放入MOCVD反應室中，在N2氣氛、MOCVD反應室壓力為300torr下，將MOCVD反應室升溫至820-850℃，然后在820-850℃的溫度范圍內退火處理55～65s，接著以MOCVD反應室壓力300torr、V/III摩爾比為500-1300，采用0.2微米/小時-1微米/小時的生長速率，生長厚度為200納米的低溫n型GaN應力釋放層；步驟2，在N2氣氛、750-850℃下，以V/III摩爾比為5000-10000，MOCVD反應室壓力為300torr,生長3-10個周期的InxGa1-xN/GaN多量子阱有源區,其中，0<x≤0.3；步驟3，在N2氣氛、850-950℃下，以V/III摩爾比為5000-10000、MOCVD反應室壓力為100-300torr, 生長厚度為30納米的p型Aly1Inx1Ga1-y1-x1N電子阻擋層，Al組分0≤y1≤0.2，In組分0≤x1≤x；步驟4，在H2氣氛、950-1050℃下，以V/III摩爾比為2000-5000、MOCVD反應室壓力為100torr,生長厚度為100-300nm的高溫p型GaN層；步驟5，在H2氣氛、650-750℃下，以V/III摩爾比為5000-10000、MOCVD反應室壓力為300torr,生長厚度為2-4nm的p型InGaN接觸層；步驟6，將MOCVD反應室的溫度降至20-30℃，結束生長，完成金屬氮化鎵復合襯底發光二極管外延層的生長，制備得到高亮度的金屬氮化鎵復合襯底發光二極管。所述步驟1中低溫n型GaN應力釋放層的Si摻雜濃度為1018-1019cm-3。所述步驟2中生長InxGa1-xN/GaN多量子阱有源區具體包括：步驟2.1，在N2氣氛、750-850℃下，以V/III摩爾比為5000-10000，MOCVD反應室壓力為300torr,先生長3個周期的InxGa1-xN/GaN多量子阱有源區,其中，0<x≤0.3，InxGa1-xN阱層的厚度為2-4nm、GaN壘層厚度為8-20nm,其中GaN壘層的Si摻雜濃度為1017cm-3；步驟2.2，然后再繼續生長7個周期的InxGa1-xN/GaN多量子阱有源區,其中，0<x≤0.3，InxGa1-xN阱層的厚度為2-4nm、GaN壘層厚度為8-20nm,其中GaN壘層為非摻層。所述步驟3中生長p型Aly1Inx1Ga1-y1-x1N電子阻擋層具體包括：步驟3.1，在N2氣氛、850-950℃下，以V/III摩爾比為5000-10000、MOCVD反應室壓力為100-300torr,先生長厚度為30納米的p型Aly1Inx1Ga1-y1-x1N電子阻擋層，該p型Aly1Inx1Ga1-y1-x1N電子阻擋層的Mg摻雜濃度相應的空穴濃度為1×1017cm-3，其中，Al組分0≤y1≤0.2，In組分0≤x1≤x；步驟3.2，然后再繼續生長厚度為30納米的p型Aly1Inx1Ga1-y1-x1N電子阻擋層，該p型Aly1Inx1Ga1-y1-x1N電子阻擋層的Mg摻雜濃度相應的空穴濃度為2×1017cm-3，其中，Al組分0≤y1≤0.2，In組分0≤x1≤x。所述步驟4中的高溫p型GaN層的Mg摻雜濃度為5×1017cm-3。所述步驟5中的p型InGaN接觸層Mg摻雜濃度為大于1018cm-3。所述步驟6具體為將MOCVD反應室的溫度先降至700-750℃，然后采用純氮氣氣氛進行退火處理5-20分鐘,再降至20-30℃。本專利技術通過在金屬氮化鎵復合襯底和多量子阱有源區之間外延低溫應力釋放層，有效緩解有源區壓應力，提高有源區晶體質量。通過采用Si階梯式摻雜量子壘層以及Mg摻雜濃度階梯式變化的電子阻擋層，有效改善電子空穴在有源區的分布，提高金屬氮化鎵復合襯底發光二極管發光效率。附圖說明附圖1為本專利技術方法制備的發光二極管的剖面結構示意圖。具體實施方式為了便于本領域技術人員的理解，下面結合附圖和具體實施例對本專利技術作進一步的描述。本專利技術利用緊耦合垂直反應室MOCVD生長系統，在金屬有機化合物氣相外延反應室MOCVD反應室內進行生長，完成在金屬氮化鎵復合襯底上發光二極管外延層的生長。如附圖1所示，該發光二極管外延層的結構由下往上依次為金屬氮化鎵復合襯底101、低溫n型GaN應力釋放層102、InxGa1-xN/GaN多量子阱有源區103、p型Aly1Inx1Ga1-y1-x1N電子阻擋層104、高溫p型GaN層105、p型InGaN接觸層106。在生長過程中，以三甲基鎵（TMGa）、三乙基鎵（TEGa）、三甲基銦（TMIn）、三甲基鋁（TMAl）作為III族源，氨氣（NH3）分別作為Ga、Al、In和N源，以硅烷（SiH4）作為n型摻雜劑，二茂鎂（Cp2Mg）作為p型摻雜劑。下面以具體實施例對本專利技術作進一步的闡述。實施例一一種在金屬氮化鎵復合襯底上制備發光二極管的方法，包括以下步驟：步驟1，將金屬氮化鎵復合襯底101放入MOCVD反應室中，在N2氣氛、MOCVD反應室壓力為300torr下，將MOCVD反應室升溫本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種在金屬氮化鎵復合襯底上制備發光二極管的方法，包括以下步驟：步驟1，將金屬氮化鎵復合襯底（101）放入MOCVD反應室中，在N2氣氛、MOCVD反應室壓力為300torr下，將MOCVD反應室升溫至820?850℃，然后在820?850℃的溫度范圍內退火處理55～65s，接著以MOCVD反應室壓力300torr、V/III摩爾比為500?1300，采用0.2微米/小時?1微米/小時的生長速率，生長厚度為200納米的低溫n型GaN應力釋放層（102）；步驟2，在N2氣氛、750?850℃下，以V/III摩爾比為5000?10000，MOCVD反應室壓力為300torr,生長3?10個周期的InxGa1?xN/GaN多量子阱有源區（103）,其中，0<x≤0.3；步驟3，在N2氣氛、850?950℃下，以V/III摩爾比為5000?10000、MOCVD反應室壓力為100?300torr,?生長厚度為30納米的p型Aly1Inx1Ga1?y1?x1N電子阻擋層（104），Al組分0≤y1≤0.2，In組分0≤x1≤x；步驟4，在H2氣氛、950?1050℃下，以V/III摩爾比為2000?5000、MOCVD反應室壓力為100torr,生長厚度為100?300nm的高溫p型GaN層（105）；步驟5，在H2氣氛、650?750℃下，以V/III摩爾比為5000?10000、MOCVD反應室壓力為300torr,生長厚度為2?4nm的p型InGaN接觸層（106）；步驟6，將MOCVD反應室的溫度降至20?30℃，結束生長，完成金屬氮化鎵復合襯底發光二極管外延層的生長，制備得到高亮度的金屬氮化鎵復合襯底發光二極管。...
【技術特征摘要】
1.一種在金屬氮化鎵復合襯底上制備發光二極管的方法，包括以下步驟：步驟1，將金屬氮化鎵復合襯底（101）放入MOCVD反應室中，在N2氣氛、MOCVD反應室壓力為300torr下，將MOCVD反應室升溫至820-850℃，然后在820-850℃的溫度范圍內退火處理55～65s，接著以MOCVD反應室壓力300torr、V/III摩爾比為500-1300，采用0.2微米/小時-1微米/小時的生長速率，生長厚度為200納米的低溫n型GaN應力釋放層（102）；步驟2，在N2氣氛、750-850℃下，以V/III摩爾比為5000-10000，MOCVD反應室壓力為300torr,生長3-10個周期的InxGa1-xN/GaN多量子阱有源區（103）,其中，0<x≤0.3；步驟3，在N2氣氛、850-950℃下，以V/III摩爾比為5000-10000、MOCVD反應室壓力為100-300torr, 生長厚度為30納米的p型Aly1Inx1Ga1-y1-x1N電子阻擋層（104），Al組分0≤y1≤0.2，In組分0≤x1≤x；步驟4，在H2氣氛、950-1050℃下，以V/III摩爾比為2000-5000、MOCVD反應室壓力為100torr,生長厚度為100-300nm的高溫p型GaN層（105）；步驟5，在H2氣氛、650-750℃下，以V/III摩爾比為5000-10000、MOCVD反應室壓力為300torr,生長厚度為2-4nm的p型InGaN接觸層（106）；步驟6，將MOCVD反應室的溫度降至20-30℃，結束生長，完成金屬氮化鎵復合襯底發光二極管外延層的生長，制備得到高亮度的金屬氮化鎵復合襯底發光二極管。2.根據權利要求1所述的在金屬氮化鎵復合襯底上制備發光二極管的方法，其特征在于，所述步驟1中低溫n型GaN應力釋放層的Si摻雜濃度為1018-1019cm-3。3.根據權利要求2所述的在金屬氮化鎵復合襯底上制備發光二極管的方法，其特征在于，所述步驟2中生長InxGa1-xN/GaN多量子阱有源區具體包括：步驟2.1，在N2氣氛、...
【專利技術屬性】
技術研發人員：賈傳宇，
申請(專利權)人：東莞市中鎵半導體科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44
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