Led外延片、其制作方法及包括其的led芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種LED外延片、其制作方法及包括其的LED芯片。該LED外延片的制作方法包括：在襯底表面向外依次形成U型GaN層、N型GaN層、量子阱層以及第一P型GaN層、第二P型GaN層和第三P型GaN層的步驟；還包括退火步驟，該退火步驟包括：在形成第一P型GaN層之后、形成第三P型GaN層之前進(jìn)行的至少一次退火步驟；在形成第三P型GaN層后進(jìn)行的另一次退火步驟。本發(fā)明提供的方法能夠提高LED芯片中的空穴濃度，消除P型GaN層表面及內(nèi)部的缺陷，使得LED芯片亮度提高，驅(qū)動(dòng)電壓降低。
【專利說(shuō)明】LED外延片、其制作方法及包括其的LED芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種LED外延片、其制作方法及包括其的LED芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN基材料(包括GaN、AlGaN, InGaN, MgGaN, SiGaN)屬于直接帶隙半導(dǎo)體，并且其帶隙從1.8?6.2V連續(xù)可調(diào)，是生產(chǎn)高亮度藍(lán)光、綠光和白光LED的最常用材料，廣泛應(yīng)用于背光源、大尺寸屏幕顯示、標(biāo)示標(biāo)牌指示、信號(hào)燈及照明等領(lǐng)域。但是，氮化鎵基LED存在發(fā)光效率低、驅(qū)動(dòng)電壓高等不足。為了實(shí)現(xiàn)更高效率、更高亮度、更低驅(qū)動(dòng)電壓的氮化鎵基LED，需要減小氮化鎵基LED中的串聯(lián)電阻，而串聯(lián)電阻與LED外延片中的摻雜物激活效率密切相關(guān)。
[0003]目前，GaN基LED外延片的制作方法通常為:采用MOCVD (金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積方法)在藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng)一層GaN緩沖層；然后再生長(zhǎng)非摻雜的GaN，目的是提高后續(xù)外延晶體的質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上再依次生長(zhǎng)摻雜Si的N型GaN、摻雜In的GaN量子阱；最后，生長(zhǎng)P型GaN空穴注入層、P型GaN電子阻擋層以及高溫P型GaN層，形成摻雜Mg或Al的P型GaN。
[0004]在LED外延片的生長(zhǎng)過(guò)程中，N型GaN中摻雜物Si具有高達(dá)lE+21atom/cm3的激活濃度，從而使得N型GaN具有較低的電阻率；P型GaN常用的摻雜劑為Mg，然而摻Mg后得到的N型GaN存在較高的電阻率，主要是由于Mg會(huì)與高溫生長(zhǎng)氛圍下氨氣分解產(chǎn)生的H結(jié)合形成非活性的Mg-H絡(luò)合物，即通過(guò)H的鈍化作用使Mg失去活性，使得Mg的活化效率很低，一般載流子濃度僅占摻雜濃度的0.1%?1%。目前LED器件中P型GaN層中的空穴濃度僅為1.0E+17?1.2E+17atom/cm3,比摻雜濃度低2?3個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0005]為了提高P型GaN層中的空穴濃度，現(xiàn)有工藝通常在生長(zhǎng)P型GaN后進(jìn)行退火，從而破壞Mg-H鍵并激活摻雜物。但是，由于P層GaN層的比較厚，其厚度為240nm?310nm，而Mg-H鍵的打斷需要一定的時(shí)間，使得遠(yuǎn)離表面的活化程度低于靠近表面的P層活化程度，導(dǎo)致空穴注入層和電子阻擋層的Mg的激活率偏低。雖然提高退火時(shí)間能夠提高整個(gè)P型GaN層的活化程度，但是高溫長(zhǎng)時(shí)間的退火會(huì)破壞P型GaN表層的結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種LED外延片、其制作方法及包括其的LED芯片，以解決現(xiàn)有LED器件中P型GaN層的空穴濃度過(guò)低的技術(shù)問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明一方面提供了一種LED外延片的制作方法。該制作方法包括:在襯底表面向外依次形成U型GaN層、N型GaN層、量子阱層以及第一 P型GaN層、第二 P型GaN層和第三P型GaN層的；退火步驟，該退火步驟包括:在形成第一 P型GaN層之后、形成第三P型GaN層之前進(jìn)行的至少一次退火步驟；在形成第三P型GaN層后進(jìn)行的另一次退火步驟。
[0008]進(jìn)一步地，在上述退火步驟中:在形成第一 P型GaN層之后、形成第三P型GaN層之前所進(jìn)行的退火步驟為一次或多次，當(dāng)該退火步驟為一次時(shí)，其時(shí)長(zhǎng)不低于120s ;當(dāng)該退火步驟為多次時(shí)，多次退火步驟的總時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)360s，且單次退火步驟的時(shí)長(zhǎng)不低于120s ;在形成第三P型GaN層后進(jìn)行的另一次退火步驟中，退火的時(shí)間為15?25min。
[0009]進(jìn)一步地，上述退火步驟包括:在形成第一 P型GaN層后進(jìn)行第一退火步驟，優(yōu)選地，第一退火步驟包括:在溫度為750?760°C，壓力為200?300mbar的N2氛圍下保溫240?300s ;在形成第三P型GaN層后進(jìn)行第二退火步驟，優(yōu)選地，第二退火步驟包括:通過(guò)300?320s降溫至730?780°C，在壓力為600?800mbar的N2氛圍下保溫20?25min。
[0010]進(jìn)一步地，上述退火步驟包括:在形成第二 P型GaN層后進(jìn)行第一退火步驟，優(yōu)選地，第一退火步驟包括:通過(guò)40?60s降溫至760?800°C，在壓力為600?800mbar的N2氛圍下保溫300?360s ;在形成第三P型GaN層后進(jìn)行第二退火步驟，優(yōu)選地，第二退火步驟包括:通過(guò)300?320s降溫至730?780°C，在壓力為600?800mbar N2氛圍下保溫20 ?25min。
[0011]進(jìn)一步地，上述退火步驟包括:在形成第一 P型GaN層后進(jìn)行第一退火步驟，優(yōu)選地，第一退火步驟包括:在溫度為750?760°C，壓力為200?300mbar的N2氛圍下保溫120?150s ;在形成第二 P型GaN層后進(jìn)行第二退火步驟，優(yōu)選地，第二退火步驟包括:通過(guò)40?60s降溫至760?800°C，在壓力為600?800mbar的N2氛圍下保溫150?180s ；在形成第三P型GaN層后進(jìn)行第三退火步驟，優(yōu)選地，第三退火步驟包括:通過(guò)300?320s降溫至730?780°C，在壓力為600?800mbar的N2氛圍下保溫15?20min。
[0012]進(jìn)一步地，第一 P型GaN層為厚度為50?60納米的摻Mg的P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為7E+19?lE+20atom/cm3 ;第二 P型GaN層為厚度為40?50納米的摻Al和Mg的P型GaN層，其中Al的摻雜濃度為1E+20?2E+20atom/cm3，Mg的摻雜濃度為1E+19?2E+19atom/cm3 ;第三P型GaN層為厚度為150?200納米的摻Mg的P型GaN層，其中Mg的慘雜濃度為 1E+19 ?5E+19atom/cm3。
[0013]進(jìn)一步地，形成第一 P型GaN層的步驟包括通過(guò)40?50s降溫至750?760°C，在壓力為200?300mbar的N2氣氛下，生長(zhǎng)摻鎂的第一 P型GaN層；形成第二 P型GaN層的步驟包括通過(guò)70?90s升溫至920?970°C，在壓力為150?300mbar的N2氣氛下，生長(zhǎng)摻Al和Mg的第二 P型GaN層；形成第三P型GaN層的步驟包括通過(guò)60?70s升溫至1000?1100°C，在壓力為200?600mbar的N2氣氛下，生長(zhǎng)摻Mg的第三P型GaN層。
[0014]本發(fā)明的另一方面在于提供了一種LED外延片，該LED外延片由本發(fā)明所提供的LED外延片的制作方法制得。
[0015]本發(fā)明的又一方面在于提供了一種LED芯片，包括外延片、P電極、N電極和保護(hù)層，其中，上述外延片為本發(fā)明所提供的LED外延片。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明通過(guò)在形成第一 P型GaN層之后、形成第三P型GaN層之前增加至少一次退火步驟，使得第一 P型GaN層或第一 P型GaN層和第二 P型GaN層中的H原子的熱振動(dòng)加劇，Mg-H鍵被充分的打斷，Mg得到了激活；在形成第三P型GaN層后進(jìn)行的退火步驟過(guò)程中，整個(gè)P型GaN層中的熱應(yīng)力變得很小，從而使得P型GaN層中的原子熱振動(dòng)更加均勻，P型GaN層中的Mg被有效激活。通過(guò)本發(fā)明提供的方法得到的LED芯片中的空穴濃度得到提高，且P型GaN層表面及內(nèi)部的缺陷得以消除，結(jié)晶質(zhì)量得到提聞?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0017]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0018]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例1與對(duì)比例I提供的LED產(chǎn)品亮度的測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖；
[0019]圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例1與對(duì)比例I提供的LED產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)電壓的測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖；以及
[0020]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例1與對(duì)比例I提供的LED產(chǎn)品空穴濃度的測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面，將參照附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，這些示例性實(shí)施例可以由多種不同的形式來(lái)實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為只限于這里所闡述的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，提供這些實(shí)施例是為了使得本發(fā)明的公開(kāi)徹底且完整，并且將這些示例性實(shí)施例的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。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(shí)施。
[0022]由【背景技術(shù)】可知，現(xiàn)有的LED器件中存在P型GaN層的空穴濃度過(guò)低的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究，提供了一種LED外延片的制作方法。該制作方法包括在襯底表面向外依次形成U型GaN層、N型GaN層、量子阱層以及第一 P型GaN層(即空穴注入層)、第二 P型GaN層(即電子阻擋層)和第三P型GaN層(即高溫P型GaN層)的步驟，同時(shí)還包括退火步驟，該退火步驟包括:在形成第一 P型GaN層之后、形成第三P型GaN層之前進(jìn)行的至少一次退火步驟；在形成第三P型GaN層后進(jìn)行的另一次退火步驟。
[0023]優(yōu)選地，上述LED外延片的制作方法的退火步驟中，在形成第一 P型GaN層之后、形成第三P型GaN層之前所進(jìn)行的退火步驟為一次或多次，當(dāng)該退火步驟為一次時(shí)，其時(shí)長(zhǎng)不低于120s ;當(dāng)該退火步驟為多次時(shí)，多次退火步驟的總時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)360s，且單次退火步驟的時(shí)長(zhǎng)不低于120s ;在形成第三P型GaN層后進(jìn)行的另一次退火步驟中，退火的時(shí)間為15 ?25min。
[0024]在現(xiàn)有LED外延片的P型GaN層的生長(zhǎng)過(guò)程中，摻雜Mg會(huì)與氨氣(GaN反應(yīng)原料之一)分解產(chǎn)生的H結(jié)合形成非活性的Mg-H絡(luò)合物，使得Mg失去活性，Mg的活化效率變低，P型GaN層中的空穴濃度也變低。在本發(fā)明的LED外延片的制作過(guò)程中，通過(guò)在形成第一 P型GaN層之后、形成第三P型GaN層之前進(jìn)行至少一次退火步驟，使得第一 P型GaN層或第
一P型GaN層和第二 P型GaN層中的H原子的熱振動(dòng)加劇，Mg-H鍵被充分的打斷，Mg得到了激活，從而提高了空穴的濃度以及均勻性；同時(shí)，第一 P型GaN層或第一 P型GaN層和第
二P型GaN層表面的原子得以重排，表面及內(nèi)部的缺陷得以消除，結(jié)晶質(zhì)量得到提高。
[0025]經(jīng)過(guò)上述退火處理后，第一 P型GaN層或第一 P型GaN層和第二 P型GaN層內(nèi)部的熱應(yīng)力在很大程度上得到消除，并且大部分Mg已經(jīng)得到了激活。因此，在形成第三P型GaN層后進(jìn)行的退火步驟過(guò)程中，整個(gè)P型GaN層中的熱應(yīng)力變得很小，從而使得P型GaN層中的原子熱振動(dòng)更加均勻，P型GaN層中的Mg被有效激活，進(jìn)而提高了 LED外延片的亮度，降低了 LED外延片的驅(qū)動(dòng)電壓。[0026]在本發(fā)明上述LED外延片的制作方法中退火步驟可以采用現(xiàn)有的退火方式，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，該退火步驟包括:在形成第一 P型GaN層后進(jìn)行第一退火步驟，其中第一退火步驟為在溫度為750?760°C，壓力為200?300mbar的N2氛圍下保溫240?300s ;在形成第三P型GaN層后進(jìn)行第二退火步驟，其中第二退火步驟為通過(guò)300?320s降溫至730?780°C，壓力為600?800mbar的N2氛圍下保溫20?25min。
[0027]在上述優(yōu)選實(shí)施方式中，第一退火步驟是在完成第一 P型GaN層生長(zhǎng)后進(jìn)行的，其能夠使得第一P型GaN層中的H原子的熱振動(dòng)加劇，Mg-H鍵被充分的打斷，進(jìn)而提高了第一P型GaN層(即空穴注入層)中Mg的激活率，并且減少了空穴注入層中的晶格缺陷，使得空穴注入層中的空穴向量子阱的遷移率得到增加；第二退火步驟進(jìn)一步提高了整個(gè)P型GaN層中Mg的激活率。在兩次退火步驟的共同作用下，LED外延片的亮度得到提高，驅(qū)動(dòng)電壓得到降低。
[0028]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，退火步驟包括:在形成第二P型GaN層后進(jìn)行第一退火處理，第一退火處理的步驟為通過(guò)40s?60s降溫至760?800°C，在壓力為600?SOOmbar的N2氛圍下保溫300?360s ;在形成第三P型GaN層后進(jìn)行第二退火處理，其中第二退火處理的步驟為通過(guò)300?320s降溫至730?780°C，在壓力為600?800mbar的N2氛圍下保溫20?25min。
[0029]在上述優(yōu)選實(shí)施方式中，第一退火步驟是在完成第一、第二 P型GaN層生長(zhǎng)后進(jìn)行的，并且該第一退火步驟的時(shí)間稍大于上述優(yōu)選實(shí)施方式中的第一退火步驟的時(shí)間，該第一退火步驟提高了第一 P型GaN層(即空穴注入層)和第二 P型GaN層(即電子阻擋層)中Mg的激活率，既能使得空穴注入層中的空穴向量子阱的遷移率得到增加，又能防止電子阻擋層中的空穴由于與N型GaN層中的電子復(fù)合而被消耗殆盡；第二退火步驟進(jìn)一步提高了整個(gè)P型GaN層中Mg的激活率。在兩次退火步驟的共同作用下，LED外延片的亮度得到提高，驅(qū)動(dòng)電壓得到降低。
[0030]在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施方式中，上述退火步驟包括:在形成第一 P型GaN層后進(jìn)行第一退火處理，其中第一退火處理的步驟為在溫度為50?760°C，在壓力為200?300mbar的N2氛圍下保溫120?150s ;在形成第二 P型GaN層后進(jìn)行第二退火處理，其中第二退火處理的步驟為通過(guò)40s?60s降溫至760?800°C，在壓力為600?800mbar的N2氛圍下保溫150?180s ;在形成第三P型GaN層后進(jìn)行第三退火處理，其中第三退火處理的步驟為:通過(guò)300?320s降溫至730?780°C，在壓力為600?800mbar的N2氛圍下保溫 15 ?20min。
[0031]在上述優(yōu)選實(shí)施方式中，在P型GaN層生長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)行了三次退火步驟，即在完成第一 P型GaN層生長(zhǎng)后進(jìn)行第一退火步驟，在完成第二 P型GaN層生長(zhǎng)后進(jìn)行第二退火步驟，在完成了第三P型GaN層生長(zhǎng)后進(jìn)行第三退火步驟；雖然上述三次退火步驟會(huì)使得工藝變得復(fù)雜，并且可能存在影響P型GaN層生長(zhǎng)質(zhì)量的不確定因素，但是在上述三次退火步驟的作用下，整個(gè)P型GaN層中Mg-H鍵被充分地打斷，Mg的激活率得到更加充分地提高，從而使得LED外延片的亮度得到提高，驅(qū)動(dòng)電壓得到降低。
[0032]在本發(fā)明所提供的LED外延片的制作方法中，第一、第二、第三P型GaN層的生長(zhǎng)可以采用現(xiàn)有的P型GaN層的生長(zhǎng)方式，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，該第一、第二、第三P型GaN層的生長(zhǎng)步驟包括:[0033]通過(guò)40?50s降溫至750?760°C，在壓力為200?300mbar的N2氣氛下，生長(zhǎng)摻鎂的第一 P型GaN層，其中第一 P型GaN層的厚度為50?60納米，Mg的摻雜濃度為7E+19 ?lE+20atom/cm3.；
[0034]通過(guò)70?90s升溫至920?970°C，在壓力為150?300mbar的N2氣氛下，生長(zhǎng)摻Al和Mg的第二 P型GaN層，其中第二 P型GaN層的厚度為40?50，Al的摻雜濃度為1E+20 ?2E+20atom/cm3, Mg 的慘雜濃度為 1E+19 ?2E+19atom/cm3 ；
[0035]通過(guò)60?70s升溫至1000?1100°C，在壓力為200?600mbar的N2氣氛下，生長(zhǎng)摻Mg的第三P型GaN層，其中第三P型GaN層的厚度為150?200納米，Mg的摻雜濃度為 1E+19 ?5E+19atom/cm3。
[0036]上述生長(zhǎng)工藝可以包括但不限于化學(xué)氣相沉積、濺射、熱沉積，上述制備工藝為本領(lǐng)域常見(jiàn)的技術(shù)手段，在此不再贅述。
[0037]在本發(fā)明所提供的LED外延片的制作方法的一種優(yōu)選方式中，在襯底上依次形成U型GaN層、N型GaN層、量子阱層的步驟包括:
[0038]通過(guò)480?500秒從室溫升溫至1000?1150°C，在氫氣氣氛、壓力為150?2OOmbar的條件下處理藍(lán)寶石襯底5?6min ；
[0039]通過(guò)400?450秒降溫至540?590°C,壓力控制在450?600mbar,在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)厚度為30?45nm的GaN緩沖層；
[0040]通過(guò)320?380秒升溫至1050?1150°C，壓力控制在450?600mbar，持續(xù)生長(zhǎng)
2.5?3.5um的不摻雜GaN，上述GaN緩沖層和不摻雜GaN組成U型GaN層；
[0041]保持溫度不變，壓力控制在200?400mbar，接著生長(zhǎng)3.0?3.5 μ m摻雜硅的N型GaN層，其中第一 N型GaN中硅的摻雜濃度5E+18?lE+19atom/cm3 ；
[0042]通過(guò)240?300秒降溫至740?840°C，壓力控制在300?400mbar，周期性生長(zhǎng)厚度為2.7?3.5nm的InxGa (l_x)N (x=0.20?0.22)勢(shì)阱層和厚度為11?12nm的GaN勢(shì)壘層，組成量子阱層，所述量子阱層的總厚度為165?233nm。
[0043]同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種按照上述LED外延片的制作方法得到的LED外延片。該外延片中P型GaN層具有較高的空穴濃度，使得該LED外延片的亮度得到提高，驅(qū)動(dòng)電壓得到降低。
[0044]另外，本發(fā)明還提供了一種按照上述LED芯片的制作方法得到的LED芯片。該LED芯片中P型GaN層具有較高的空穴濃度，使得該芯片的亮度得到提高，驅(qū)動(dòng)電壓得到降低。
[0045]以下將以具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明所提供的LED外延片、LED芯片及它們的制作方法。
[0046]實(shí)施例1
[0047]本實(shí)施例提供了一種LED芯片的制作方法，該制作方法包括以下步驟:
[0048]步驟SI，在襯底上依次形成GaN緩沖層、U型GaN層、N型GaN層、量子阱層，包括以下步驟:
[0049]通過(guò)500秒從室溫升溫至1100°C，在氫氣氣氛、反應(yīng)室壓力為170mbar的條件下處理藍(lán)寶石襯底6分鐘；
[0050]通過(guò)440秒降溫至550°C，反應(yīng)室壓力控制在500mbar，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)厚度為40nm的GaN緩沖層；[0051]通過(guò)350秒升溫至1100°C，反應(yīng)室壓力控制在500mbar，持續(xù)生長(zhǎng)2.5μm的不摻雜GaN,即U型GaN層；
[0052]保持溫度不變，反應(yīng)室壓力控制在350mbar，接著生長(zhǎng)厚度為3.5 μ m摻雜硅的N型GaN層，其中娃的摻雜濃度7.6E+18atom/cm3 ；
[0053]通過(guò)250秒降溫至800°C,反應(yīng)室壓力控制在400mbar,交替生長(zhǎng)厚度為3nm的InxGa (1-χ)Ν (χ=0.22)勢(shì)阱層和厚度為12nm的GaN勢(shì)壘層，生長(zhǎng)周期為15個(gè)，形成量子阱層。
[0054]步驟S2，在量子阱層上依次形成第一 P型GaN層、第二 P型GaN層和第三P型GaN層，以及進(jìn)行退火，具體包括以下步驟:
[0055]通過(guò)40s降溫至750°C，反應(yīng)室壓力控制在200mbar，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為50納米的摻鎂的第一 P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為7E+19atom/cm3 ；
[0056]進(jìn)行第一退火，具體工藝為:保持溫度和壓力不變，在N2氛圍下保溫240s ；
[0057]通過(guò)70s升溫至920°C，反應(yīng)室壓力控制在150mbar，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為40納米的摻Al和Mg的第二 P型GaN層，其中Al的摻雜濃度為lE+20atom/cm3，Mg的摻雜濃度為 lE+19atom/cm3 ；
[0058]通過(guò)60s升溫至1000°C，反應(yīng)室壓力控制在200mbar'，在隊(duì)氣氛下，生長(zhǎng)厚度為150納米的摻Mg的第三P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為lE+19atom/cm3 ；
[0059]進(jìn)行第二退火，具體工藝為:通過(guò)300s降溫至730°C，反應(yīng)室壓力為600mbar'在隊(duì)氛圍下保溫20min。
[0060]步驟S3，在LED外延片上制作P電極、N電極和保護(hù)層，包括以下步驟:
[0061]通過(guò)光刻及刻蝕工藝制作P、N電極圖樣,然后蒸鍍Cr/Pt/Au電極層,形成P電極和N電極，最后在曝光機(jī)上制作P、N電極包裹圖樣，蒸鍍厚度為50nm的保護(hù)層，得到LED芯片。
[0062]實(shí)施例2
[0063]本實(shí)施例提供了一種LED外延片的制作方法，其中步驟SI與實(shí)施例1步驟SI相同，步驟S3與實(shí)施例1中的步驟S3相同。
[0064]在本實(shí)施例中步驟S2為:
[0065]通過(guò)50s降溫至760°C，反應(yīng)室壓力控制在300mbar'，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為60納米的摻鎂的第一 P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為lE+20atom/cm3 ；
[0066]進(jìn)行第一退火，具體工藝為:保持溫度和壓力不變，在N2氛圍下保溫300s ；
[0067]通過(guò)90s升溫至970°C，反應(yīng)室壓力控制在300mbar'，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為50納米的摻Al和Mg的第二 P型GaN層，其中Al的摻雜濃度為2E+20atom/cm3，Mg的摻雜濃度為 2E+19atom/cm3 ；
[0068]通過(guò)70s升溫至1100°C，反應(yīng)室壓力控制在600mbar'，在隊(duì)氣氛下，生長(zhǎng)厚度為200納米的摻Mg的第三P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為5E+18atom/cm3 ；
[0069]進(jìn)行第二退火，具體工藝為:通過(guò)320s降溫至780°C，反應(yīng)室壓力為800mbar'在隊(duì)氛圍下保溫25min。
[0070]實(shí)施例3
[0071]本實(shí)施例提供了一種LED外延片的制作方法，其中步驟SI與實(shí)施例1步驟SI相同，步驟S3與實(shí)施例1中的步驟S3相同。
[0072]在本實(shí)施例中步驟S2為:
[0073]通過(guò)40s降溫至750°C，反應(yīng)室壓力控制在200mbar，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為50納米的摻鎂的第一 P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為7E+19atom/cm3 ；
[0074]通過(guò)70s升溫至920°C，反應(yīng)室壓力控制在1501-&1"，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為40納米的摻Al和Mg的第二 P型GaN層，其中Al的摻雜濃度為lE+20atom/cm3，Mg的摻雜濃度為 lE+19atom/cm3 ；
[0075]進(jìn)行第一退火，具體步驟為:通過(guò)40s降溫至760°C，反應(yīng)室壓力控制在600mbar，在N2氛圍下保溫300s ；
[0076]通過(guò)60s升溫至1000°C，反應(yīng)室壓力控制在20011*&1'，在隊(duì)氣氛下，生長(zhǎng)厚度為150納米的摻Mg的第三P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為lE+19atom/cm3 ；
[0077]進(jìn)行第二退火，具體步驟為:通過(guò)3008降溫至7301:，反應(yīng)室壓力為60011*&1'，在隊(duì)氛圍下保溫20min。
[0078]實(shí)施例4
[0079]本實(shí)施例提供了一種LED外延片的制作方法，其中步驟SI與實(shí)施例1步驟SI相同，步驟S3與實(shí)施例1中的步驟S 3相同。
[0080]在本實(shí)施例中步驟S2為:
[0081]通過(guò)50s降溫至760°C，反應(yīng)室壓力控制在30011*&1'，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為60納米的摻鎂的第一 P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為lE+20atom/cm3 ；
[0082]通過(guò)90s升溫至970°C，反應(yīng)室壓力控制在30011*&1'，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為50納米的摻Al和Mg的第二 P型GaN層，其中Al的摻雜濃度為2E+20atom/cm3，Mg的摻雜濃度為 2E+19atom/cm3 ；
[0083]進(jìn)行第一退火，具體步驟為:通過(guò)60s降溫至800°C，反應(yīng)室壓力控制在800mbar，在N2氛圍下保溫360s ；
[0084]通過(guò)70s升溫至1100°C，反應(yīng)室壓力控制在60011*&1'，在隊(duì)氣氛下，生長(zhǎng)厚度為200納米的摻Mg的第三P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為5E+18atom/cm3 ；
[0085]進(jìn)行第二退火，具體步驟為:通過(guò)3208降溫至7801:，反應(yīng)室壓力為80011*&1'，在隊(duì)氛圍下保溫25min。
[0086]實(shí)施例5
[0087]本實(shí)施例提供了一種LED外延片的制作方法，其中步驟SI與實(shí)施例1步驟SI相同，步驟S3與實(shí)施例1中的步驟S3相同。
[0088]在本實(shí)施例中 步驟S2為:
[0089]通過(guò)40s降溫至750°C，反應(yīng)室壓力控制在200mbar，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為50納米的摻鎂的第一 P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為7E+19atom/cm3 ；
[0090]進(jìn)行第一退火處理，具體步驟為:保持溫度壓力不變，N2氛圍下保溫120s ；
[0091]通過(guò)70s升溫至920°C，反應(yīng)室壓力控制在1501-&1"，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為40納米的摻Al和Mg的第二 P型GaN 層，其中Al的摻雜濃度為lE+20atom/cm3，Mg的摻雜濃度為 lE+19atom/cm3 ；
[0092]進(jìn)行第二退火，具體步驟為:通過(guò)40s降溫至760°C，反應(yīng)室壓力控制在600mbar，在N2氛圍下保溫150s ；
[0093]通過(guò)60s升溫至1000°C，反應(yīng)室壓力控制在20011*&1'，在隊(duì)氣氛下，生長(zhǎng)厚度為150納米的摻Mg的第三P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為lE+19atom/cm3 ；
[0094]進(jìn)行第三退火，具體步驟為:通過(guò)3008降溫至730°〇，反應(yīng)室壓力為60011*&1'，在隊(duì)氛圍下保溫15min。
[0095]實(shí)施例6
[0096]本實(shí)施例提供了一種LED外延片的制作方法，其中步驟SI與實(shí)施例1步驟SI相同，步驟S3與實(shí)施例1中的步驟S3相同。
[0097]在本實(shí)施例中步驟S2為:
[0098]通過(guò)50s降溫至760°C，反應(yīng)室壓力控制在30011*&1'，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為60納米的摻鎂的第一 P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為lE+20atom/cm3 ；
[0099]進(jìn)行第一退火處理，具體步驟為:保持溫度壓力不變，N2氛圍下保溫150s ；
[0100]通過(guò)90s升溫至970°C，反應(yīng)室壓力控制在30011*&1'，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為50納米的摻Al和Mg的第二 P型GaN層，其中Al的摻雜濃度為2E+20atom/cm3，Mg的摻雜濃度為 2E+19atom/cm3 ；
[0101]進(jìn)行第二退火，具體步驟為:通過(guò)60s降溫至800°C，反應(yīng)室壓力控制在800mbar，在N2氛圍下保溫180s ；
[0102]通過(guò)70s升溫至1100°C，反應(yīng)室壓力控制在60011*&1'，在隊(duì)氣氛下，生長(zhǎng)厚度為200納米的摻Mg的第三P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為5E+18atom/cm3 ；
[0103]進(jìn)行第三退火，具體步驟為:通過(guò)3208降溫至780°〇，反應(yīng)室壓力為80011*&1'，在隊(duì)氛圍下保溫20min。
[0104]實(shí)施例7
[0105]本實(shí)施例提供了一種LED外延片的制作方法，其中步驟SI與實(shí)施例1步驟SI相同，步驟S3與實(shí)施例1中的步驟S3相同。
[0106]在本實(shí)施例中步驟S2為:
[0107]通過(guò)55s降溫至765°C，反應(yīng)室壓力控制在190mbar，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為48納米的摻鎂的第一 P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為6.8E+19atom/cm3 ；
[0108]進(jìn)行第一退火處理，具體步驟為:保持溫度壓力不變，N2氛圍下保溫170s ；
·[0109]通過(guò)95s升溫至980°C，反應(yīng)室壓力控制在3201≥&1"，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為55納米的摻Al和Mg的第二 P型GaN層，其中Al的摻雜濃度為2.2E+20atom/cm3, Mg的摻雜濃度為 2.2E+19atom/cm3 ；
[0110]進(jìn)行第二退火，具體步驟為:通過(guò)70s降溫至750°C，反應(yīng)室壓力控制在820mbar，在N2氛圍下保溫200s ；
[0111]通過(guò)50s升溫至1110°C，反應(yīng)室壓力控制在620mbar，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為145納米的摻Mg的第三P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為5.2E+19atom/cm3 ；
[0112]進(jìn)行第三退火，具體步驟為:通過(guò)3308降溫至7901:，反應(yīng)室壓力為82011*&1'，在隊(duì)氛圍下保溫25min。
[0113]對(duì)比例I
[0114]本對(duì)比例提供了一種LED外延片的制作方法，其中步驟SI與實(shí)施例1步驟SI相同，步驟S3與實(shí)施例1中的步驟S3相同。
[0115]在本對(duì)比例中步驟S2為:
[0116]在量子阱層上依次形成第一 P型GaN層、第二 P型GaN層和第三P型GaN層，以及進(jìn)行退火與實(shí)施例1中的步驟S2不相同，在本實(shí)施例中步驟S2為:
[0117]通過(guò)40s降溫至750°C，反應(yīng)室壓力控制在200mbar，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為50納米的摻鎂的第一 P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為7E+19atom/cm3 ；
[0118]通過(guò)70s升溫至920°C，反應(yīng)室壓力控制在1501&1"，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為40納米的摻Al和Mg的第二 P型GaN層，其中Al的摻雜濃度為lE+20atom/cm3，Mg的摻雜濃度為 lE+19atom/cm3 ；
[0119]通過(guò)60s升溫至1000°C，反應(yīng)室壓力控制在200mbar，在N2氣氛下，生長(zhǎng)厚度為150納米的摻Mg的第三P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為lE+19atom/cm3 ；
[0120]進(jìn)行退火，具體工藝為:通過(guò)300s降溫至730°C，反應(yīng)室壓力為60011*&1'在隊(duì)氛圍下保溫20min。
[0121]產(chǎn)品測(cè)試:
[0122]對(duì)實(shí)施例1至7和對(duì)比例I所制得LED芯片進(jìn)行減薄，然后切割成1143 μ m*1143 μ m(45mi*45mil)的芯片顆粒，并挑選150顆晶粒，封裝成白光LED。在驅(qū)動(dòng)電流350mA條件下，采用點(diǎn)測(cè)機(jī)測(cè)試所制得LED的亮度、驅(qū)動(dòng)電壓和空穴濃度。
[0123]一、實(shí)施例1與對(duì)比例I的產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果
[0124]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例1與對(duì)比例I提供的LED產(chǎn)品亮度的測(cè)試結(jié)果示意。如圖1所示，對(duì)比例I所得到的LED的亮度為240-250mw，而實(shí)施例1所得到的LED的亮度為256-268mv?？梢?jiàn)，與對(duì)比例I所得到的LED相比，實(shí)施例1所得到LED的亮度提升了
5% -6% ο
[0125]圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例1與對(duì)比例I提供的LED產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)電壓的測(cè)試結(jié)果示意圖。從圖2數(shù)據(jù)可以得出，對(duì)比例I所得到的LED的驅(qū)動(dòng)電壓為3.4-3.5V，而實(shí)施例1所得到的LED的驅(qū)動(dòng)電壓為3.25-3.4V。可見(jiàn)，與對(duì)比例I所得到的LED相比，實(shí)施例1所得到LED的驅(qū)動(dòng)電壓降低了 0.1-0.15V。
[0126]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例1與對(duì)比例I提供的LED產(chǎn)品空穴濃度的測(cè)試結(jié)果示意圖。如圖3所示，在刻蝕深度小于0.15 μ m時(shí)，對(duì)比例I和實(shí)施例1的空穴濃度幾乎相等，且空穴濃度具有較高值(1.5E+17-2.2E+18atom/cm3)，這是因?yàn)榭拷黀型GaN表面的Mg-H鍵幾乎完全打斷，使得空穴濃度值較高；在刻蝕深度為0.15-0.28 μ m范圍內(nèi)，對(duì)比例I所得到的LED的空穴濃度為1.1E+17-1.2E+17atom/cm3，而實(shí)施例1所得到的LED的空穴濃度為1.3E+17-1.5E+17atom/cm3，可見(jiàn)通過(guò)本發(fā)明提供的LED外延片的制作方法得到的LED的整體空穴濃度得到有效提高。
[0127]二、實(shí)施例1-7的產(chǎn)品和對(duì)比例I的產(chǎn)品性能對(duì)比
[0128]對(duì)實(shí)施例1至7和對(duì)比例I所制得LED的測(cè)試結(jié)果取平均值，得到亮度、驅(qū)動(dòng)電壓和空穴濃度的平均 值匯，以便于實(shí)施例1-7的產(chǎn)品和對(duì)比例I的產(chǎn)品性能進(jìn)行對(duì)比分析。具體結(jié)果請(qǐng)見(jiàn)表I。
[0129]表I
[0130]
【權(quán)利要求】
1.一種LED外延片的制作方法，包括在襯底表面向外依次形成U型GaN層、N型GaN層、量子阱層以及第一 P型GaN層、第二 P型GaN層和第三P型GaN層的步驟，其特征在于，所述制作方法還包括退火步驟，所述退火步驟包括: 在形成所述第一 P型GaN層之后、形成所述第三P型GaN層之前進(jìn)行的至少一次退火步驟；以及 在形成所述第三P型GaN層后進(jìn)行的另一次退火步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述退火步驟中， 在形成所述第一 P型GaN層之后、形成所述第三P型GaN層之前所進(jìn)行的退火步驟為一次或多次，當(dāng)該退火步驟為一次時(shí)，其時(shí)長(zhǎng)不低于120s ;當(dāng)該退火步驟為多次時(shí)，多次所述退火步驟的總時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)360s，且單次所述退火步驟的時(shí)長(zhǎng)不低于120s ;以及 在形成所述第三P型GaN層后進(jìn)行的另一次退火步驟中，所述退火的時(shí)間為15?25min。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述退火步驟包括: 在形成所述第一 P型GaN層后進(jìn)行第一退火步驟，優(yōu)選地，該第一退火步驟包括:在溫度為750?760°C，壓力為200?300mbar的N2氛圍下保溫240?300s ;以及 在形成所述第三P型GaN層后進(jìn)行第二退火步驟，優(yōu)選地，該第二退火步驟包括:通過(guò)300?320s降溫至730?780°C，在壓力為600?800mbar的N2氛圍下保溫20?25min。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述退火步驟包括: 在形成所述第二 P型GaN層后進(jìn)行第一退火步驟，優(yōu)選地，該第一退火步驟包括:通過(guò)40?60s降溫至760?800°C，在壓力為600?800mbar的N2氛圍下保溫300?360s ;以及 在形成所述第三P型GaN層后進(jìn)行第二退火步驟，優(yōu)選地，該第二退火步驟包括:通過(guò)300?320s降溫至730?780°C，在壓力為600?800mbar N2氛圍下保溫20?25min。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述退火步驟包括: 在形成所述第一 P型GaN層后進(jìn)行第一退火步驟，優(yōu)選地，該第一退火步驟包括:在溫度為750?760°C，壓力為200?300mbar的N2氛圍下保溫120?150s ； 在形成所述第二 P型GaN層后進(jìn)行第二退火步驟，優(yōu)選地，該第二退火步驟包括:通過(guò)40?60s降溫至760?800°C，在壓力為600?800mbar的N2氛圍下保溫150?180s ;以及 在形成所述第三P型GaN層后進(jìn)行第三退火步驟，優(yōu)選地，該第三退火步驟包括:通過(guò)300?320s降溫至730?780°C，在壓力為600?800mbar的N2氛圍下保溫15?20min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于， 所述第一 P型GaN層為厚度為50?60納米的摻Mg的P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為 7E+19 ?lE+20atom/cm3 ； 所述第二 P型GaN層為厚度為40?50納米的摻Al和Mg的P型GaN層，其中Al的摻雜濃度為 1E+20 ?2E+20atom/cm3, Mg 的慘雜濃度為 1E+19 ?2E+19atom/cm3 ； 所述第三P型GaN層為厚度為150?200納米的摻Mg的P型GaN層，其中Mg的摻雜濃度為 1E+19 ?5E+19atom/cm3。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，形成所述第一 P型GaN層的步驟包括:通過(guò)40?50s降溫至750?760°C，在壓力為200?300mbar的N2氣氛下,生長(zhǎng)摻鎂的所述第一 P型GaN層； 形成所述第二 P型GaN層的步驟包括:通過(guò)70?90s升溫至920?970°C，在壓力為150?300mbar的N2氣氛下，生長(zhǎng)摻Al和Mg的所述第二 P型GaN層； 形成所述第三P型GaN層的步驟包括:通過(guò)60?70s升溫至1000?1100°C，在壓力為200?600mbar的在N2氣氛下，生長(zhǎng)摻Mg的所述第三P型GaN層。
8.—種LED外延片，其特征在于，所述LED外延片由權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的制作方法制得。
9.一種LED芯片，包括外延片、P電極、N電極和保護(hù)層，其特征在于，所述外延片為權(quán)利要求8中所述的外延片。.
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103441194SQ201310389303
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
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