一种提高led亮度的外延生长方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体照明技术领域，具体地说，是涉及一种提高LED亮度的外延生 长方法。
【背景技术】
[0002] 目前LED是一种固体照明，体积小、耗电量低使用寿命长高亮度、环保、坚固耐用 等优点受到广大消费者认可，国内生产LED的规模也在逐步扩大，而市场需高亮度的LED产 品。
[0003] 传统的外延生长一般为生长完nGaN后直接在nGaN生长发光层，nGaN因为在高 温下成长，相对来说晶体质量比较好，晶格原子排布整齐规则，在nGaN上生长的发光层 InGaN/GaN超晶格材料，由于InGaN材料中In取代Ga原子，原子半径不一样，InGaN晶格 常数比较大，发光层InGaN/GaN晶格收到很大的应力，导致发光层晶体质量下降，晶格原子 排列不规则，InGaN材料受到很大的应力后会出现电子和空穴复合效率的降低，降低发光效 率。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是解决传统的发光层和nGaN晶格不匹配的问题，弓丨 入应力释放层，通过应力释放层调制晶格常数，在应力释放层基础上生长的发光层，由于晶 格常数接近，发光层中InGaN材料受到GaN的应力将大幅度降低，发光效率将有所提升，发 光层晶格匹配，晶格原子排布规则，发光层晶体质量会提升，通过提升LED产品的内部量子 效率提升亮度。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高LED亮度的外延生长方法，其特征 在于，包括步骤：
[0006] 处理蓝宝石衬底；
[0007] 生长低温缓冲层；
[0008] 生长不掺杂Si的GaN层；
[0009] 生长掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔温度1000-1200 °C，保持反应腔压力 300-600mbar，通入流量为 30000-60000sccm 的 NH3、200-400sccm 的 TMGa、100-130L/min 的 H2、20-50sccm 的 SiH4,持续生长 3-4 μ m 掺杂 Si 的 N 型 GaN 层，Si 掺杂浓度 5 X 1018atoms/ cm3-l X 1019atoms/cm3；
[0010] 生长掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔温度1000-1200 °C，保持反应腔压力 300-600mbar，通入流量为 30000-60000sccm 的 NH3、200-400sccm 的 TMGa、100-130L/min 的 H2、2-10sccm 的 SiH4,持续生长 200-400nm 掺杂 Si 的 N 型 GaN，Si 掺杂浓度 5 X 1017atoms/ cm3-l X 1018atoms/cm3；
[0011] 生长应力释放层：保持反应腔压力300-400mbar、温度750-850 °C，通入流量为 50000-70000sccm 的 NH3、20-40sccm 的 TMGa、5-10sscm 的 SiH4、1500-2000sccm 的 TMIn、 100-130L/min的N2,周期生长掺杂Si的nlnN/nGaN超晶格层作为应力释放层；
[0012] 生长发光层：保持反应腔压力300-400mbar、温度700-750 °C，通入流量为 50000-70000sccm 的 NH3、20-40sccm 的 TMGa、1500-2000sccm 的 TMIn、100-130L/min 的 N2， 生长掺杂In的2· 5-3. 5nmInxGa (1-x) N层，所述x在0· 20-0. 25之间，发光波长450-455nm ; 升高温度750-850°C，保持反应腔压力300-400mbar，通入流量为50000-70000sccm的NH3、 20-100sccm 的 TMGa、100-130L/min 的 N2,生长 8-15nmGaN 层；然后重复生长 InxGa(I-X)N 层，重复生长GaN层，交替生长InxGa (1-x) N/GaN发光层，控制周期数为7-15 ;
[0013] 生长掺杂Mg、Al的P型GaN层：保持反应腔压力200-400mbar、温度900-950°C，通 入流量为 50000-70000sccm 的 NH3、30-60sccm 的 TMGa、100-130L/min 的 H2、100-130sccm 的 TMA1、1000-1300sccm 的 Cp2Mg，持续生长 50-100nm 的掺杂 Mg、Al 的 P 型 GaN 层，Al 掺杂浓 度 I X 102°atoms/cm3_3 X 102°atoms/cm3, Mg 惨杂浓度 I X 1019atoms/cm3_l X 102°atoms/cm3;
[0014] 生长高温掺杂Mg的P型GaN层：保持反应腔压力400-900mbar、温度950-1000°C， 通入流量为 50000-70000sccm 的 NH3、20-100sccm 的 TMGa、100-130L/min 的 H2、 1000-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50-100nm的高温掺杂Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度 I X 1019atoms/cm3_l X 102°atoms/cm3;
[0015] 最后降温至650-680°C，保温20-30min，关闭加热系统和给气系统，随炉冷却。
[0016] 优选地，所述生长应力释放层：保持反应腔压力300-400mbar、温度750-850°C，通 入流量为 50000-70000sccm 的 NH3、20-40sccm 的 TMGa、5-10sscm 的 SiH4、1500-2000sccm 的TMIn、100-130L/min的N2,周期生长掺杂Si的nlnN/nGaN超晶格层作为应力释放层，进 一步为，
[0017] 保持反应腔压力300-400mbar、温度750-850°C，通入流量为50000-70000sccm的 NH3、20-40sccm 的 TMGa、5-10sscm 的 SiH4、100-130L/min 的 N2,生长 20-50nm 掺杂 Si 的 nGaN 层，Si 的惨杂浓度 I X 1018_5 X 1018atoms/cm3;
[0018] 保持反应腔压力300-400mbar、温度700-750°C，通入流量为50000-70000sccm的 NH3、5-10sscm 的 SiH4、1500-2000sccm 的 TMIn、100-130L/min 的 N2,生长 2-5nm 掺杂 Si 的 nlnN 层，Si 的惨杂浓度 IX 1018atoms/cm3_5X 1018atoms/cm3;
[0019] 周期交替生长所述nGaN层和所述nlnN层。
[0020] 优选地，所述nlnN/nGaN超晶格层的周期数为周期数为5-10。
[0021] 优选地，所述处理蓝宝石衬底，进一步为，在1000-1100 °C的的氢气气氛下，通入 100-130L/min的H2,保持反应腔压力100-300mbar，处理蓝宝石衬底8-10分钟。
[0022] 优选地，所述生长低温缓冲层，进一步为，降温至500-600°C下，保持反应腔压力 300-600mbar，通入流量为 10000-20000sccm 的 NH3、50-100sccm 的 TMGa、100-130L/min 的 H2、在蓝宝石衬底上生长厚度为20-40nm的低温缓冲层。
[0023] 优选地，所述生长不掺杂Si的GaN层，进一步为，
[0024] 升高温度到1000-1200 °C，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为 30000-40000sccm 的 NH3、200-400sccm 的 TMGa、100-130L/min 的 H2,持续生长 2-4 μ m 的不 掺杂Si的GaN层。
[0025] 与现有技术相比，本发明所述的提高LED亮度的外延生长方法，达到了如下效果：
[0026] 本发明由于周期性生长了 nlnN/nGaN超晶格层作为应力释放出，有效的释放了生 长的发光层内部的应力，提高了空穴和电子的复合效率，进而提高内部量子效率；
[0027] 本发明由于生长了 nlnN/nGaN超晶格层使得nGaN层的晶格常数逐步放大，通过多 个超晶格单元生长后，nlnN/nGaN超晶格层的晶格常数接近于InGaN/GaN晶格常数，nInN/ nGaN超晶格层作为应力释放层为发光层生长创造很好的条件。
【附图说明】
[0028] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0029] 图1为本发明提高LED亮度的外延生长方法的流程图；
[0030] 图2为本发明的外延生长方法制得的LED结构；
[0031 ] 图3为现有技术外延生长方法得到的LED结构。
【具体实施方式】
[0032] 如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员 应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以 名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在 通篇说明书及权利要求当中所提及的"包含"为一开放式用语，故应解释成"包含但不限定 于"。"大致"是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所 述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，"耦接"一词在此包含任何直接及间接的电性 耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第