CN102044606A - 一种led外延片及其外延生长方法 - Google Patents
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Abstract
一种LED外延片，其结构自下而上依次为蓝宝石衬底、低温氮化镓基缓冲层、非掺杂氮化镓、n型氮化镓、多量子阱、p型氮化镓、p型铝镓氮、粗化的p型氮化镓和扩展电流层。其中扩展电流层可以嵌入p型氮化镓层、或者嵌入p型铝镓氮层，或者嵌入粗化的p型氮化镓层。其制造方法是在p型氮化镓层、p型铝镓氮层或者粗化的p型氮化镓层中嵌入生长扩展电流层，由于扩展电流层的禁带宽度较小，降低Mg的激活能，空穴进入发光区的数目增加，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，从而提高了LED的发光强度。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及一种LED外延片及其外延生长方法，特别涉及在p型氮化镓生长过程中嵌入扩展电流层的LED外延片及其外延生长方法。
技术背景
LED的应用越来越广泛，主要应用于LCD屏背光、LED照明、LED显示。商业化的产品如蓝光及绿光发光二级管LED的应用无不说明了III-V族元素所蕴藏的潜能。近十几年来为了开发高亮度发光二极管，世界各地相关研究的人员无不全力投入，但依然存在发光强度低的问题。降低器件及系统热阻，从而减低温度；优化LED外延结构，减少载流子泄漏，提高注入比，增加辐射复合效率，是提高led大功率下发光强度的两个主要途径。
GaN基材料的外延生长是发展GaN基高亮度LED和全固态半导体白光照明光源的核心技术，是所有关键难题中的重中之重，因此在这个问题上有大量专利被申请。在GaN基光电子器件中，大量的专利内容集中于发光区和p型掺杂的结构设计，发光层主要的组成不外乎是单层的量子阱或是多层的量子阱，而尽管制造LED的技术一直在进步，但发光区其发光层MQW的品质并没有成正比成长，其原因是MQW的位错密度比较大，垒和阱之间存在晶格失配产生的应力和极化电场，导致辐射复合效率比较低；p型掺杂的优化以及与MQW的匹配更是至关重要。
林振贤等人公开了一种发光二极管结构的制作方法(中国专利公开号CN101212002A)，其特征在于所述的多量子阱缓冲层包括一个或多个InGaN/GaN的复合结构，其中InGaN层结构中掺杂有SiH4。这种多量子阱缓冲层提高了GaN的晶体质量，从而提高发光二极管的出光效率和发光强度。但是这种结构也存在缺点：由于增加了多量子阱缓冲层，而且多量子阱掺Si，引入了n型杂质，使得P-N结偏离InGaN/GaN的多量子阱区，在发光二极管工作于正向偏压时，量子阱区的少数载流子为空穴，空穴在扩散过程中与电子复合发光，但由于空穴的迁移率很低，扩散长度很小，与电子复合发光的空穴数减少。因此进一步提高发光强度的方法是：增加空穴进入发光区的数目，提高了空穴在发光区的注入比，从而提高了LED的发光强度。刘一兵等人2008年在红外技术上发表了《基于GaN材料p型掺杂的研究进展》(《红外技术》，2008年第30卷第3期)，介绍了p型掺杂存在的问题，讨论了p型掺杂的激活方法和机理，综述了目前p型掺杂国内外的研究进展情况。目前，p型GaN的电学、光学和晶体学性质仍不尽人意，难以获得高质量的p型GaN成为阻碍GaN器件进一步发展和应用的重要原因。在p型GaN中，Mg的激活效率低，进入量子阱的空穴数目较少，空穴在发光区的注入比低，因而LED的发光强度低。本发明通过在氮化镓基p型层中嵌入扩展电流层，降低Mg的激活能，相同的电流下，空穴进入发光区的数目增加，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，从而提高了LED的发光强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED外延片及其外延生长方法，以提高其发光强度。该方法通过在氮化镓基p型层中嵌入扩展电流层，降低Mg的激活能，相同的电流下，空穴进入发光区的数目增加，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，从而提高了发光强度。
本发明的技术方案是：一种LED外延片，其结构自下而上依次为蓝宝石衬底、低温氮化镓基缓冲层、非掺杂氮化镓层、n型氮化镓层、多量子阱层、p型氮化镓层、p型铝镓氮层、粗化的p型氮化镓层和高掺杂的p型GaN基电极接触层。其中所述的LED外延片还包含扩展电流层，所述扩展电流层嵌入在p型氮化镓层、p型铝镓氮层或者粗化的p型氮化镓层中；所述扩展电流层总生长厚度为5～100nm，其中p型InGaN或者p型AlInGaN的厚度为2.5～50nm。
其中，当所述扩展电流层嵌入在p型氮化镓层或者粗化的p型氮化镓层中时，所述扩展电流层为1～10个循环周期的p型InGaN/p型GaN。
当所述扩展电流层嵌入在p型铝镓氮层中时，其中所述扩展电流层为1～10个循环周期的p型AlInGaN/p型GaN。
所述的LED外延片的外延生长方法，采用金属有机化合物化学气相沉积方法，其生长步骤依次为：
(1)在1000～1300℃下在H2环境中高温净化蓝宝石衬底5～10分钟；
(2)降温至450～550℃生长20～40nm厚度的低温氮化镓基缓冲层；
(3)升温至1050～1200℃生长1～3μm厚度的非掺杂氮化镓；
(4)同样的温度下，再生长1～3μm厚度的n型氮化镓层；
(5)降温至700～900℃，生长5～10个循环的InGaN/GaN的多量子阱层；
(6)升温至700～1200℃，生长总厚度为10～100nm的p型氮化镓层；
(7)同样的温度下，生长总厚度为10～100nm的p型铝镓氮层；
(8)升温至700～1200℃，生长总厚度为100～300nm的粗化的p型氮化镓；
(9)同样的温度下，生长10～30nm厚度的高掺杂的p型的GaN基电极接触层。
在所述的步骤(6)中，先生长第一层p型氮化镓层，再生长扩展电流层，最后再生长第二层p型氮化镓层，所述扩展电流层为p型InGaN/p型GaN，总生长厚度为5～100nm，p型InGaN的厚度为2.5～50nm。
本发明的另一种外延生长方案为：在所述的步骤(7)中，先生长第一层p型铝镓氮层，再生长扩展电流层，最后再生长第二层p型铝镓氮层，所述扩展电流层为p型AlInGaN/p型GaN，总生长厚度为5～100nm，p型AlInGaN的厚度为2.5～50nm。
本发明的再一种外延生长方案为：在所述的步骤(8)中，先生长第一层粗化的p型氮化镓层，再生长扩展电流层，最后再生长第二层粗化的p型氮化镓层，所述扩展电流层为p型InGaN/p型GaN，总生长厚度为5～100nm，p型InGaN的厚度为2.5～50nm。
采用上述步骤，在p型氮化镓层或者粗化的p型氮化镓层中嵌入扩展电流层时，扩展电流层由p型InGaN组成，InGaN的禁带宽度小，使得Mg在p型氮化镓中的激活能比较低，相同的电流下，空穴进入发光区的数目增加，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，从而提高了LED的发光强度；在p型铝镓氮层嵌入扩展电流层时，AlGaN的禁带宽度大，但是扩展电流层由p型AlInGaN组成，AlInGaN的禁带宽度比AlGaN小，使得Mg在p型铝镓氮中的激活能比较低，相同的电流下，空穴进入发光区的数目增加，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，从而提高了LED的发光强度。
本发明采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD，Metalorganic Chemical Vapor Deposition)生长，衬底选用(0001)晶向的蓝宝石，金属有机源分别是三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)和氨气(NH3)，n型掺杂剂为200ppm的H2携载的硅烷(SiH4)，p型掺杂剂为二茂镁(Cp2Mg)。外延层生长完毕后，将MOCVD外延炉的温度降至700～800℃，然后将反应室气氛切换成N2环境，对p型层进行退火，完成对p型层的激活。
外延片按照标准芯片工艺制作成45mil×45mil的以ITO为透明电极的芯片。对芯片光效率测试参照GJB 548A-1996《微电子器件试验方法和程序》，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到100lm左右。
本发明的优点在于：通过在氮化镓基p型层嵌入扩展电流层，有效提高了氮化镓基LED芯片的亮度。按标准芯片工艺制作的45mil×45mil的以ITO为透明电极的芯片，其芯片封装后的光效率达到100lm，未采用嵌入扩展电流层结构的芯片封装后的光效率达到80～90lm。
附图说明
图1为外延片主要结构示意图。
图2为外延片另一结构示意图。
图3为外延片又一结构示意图。
其中，
100：蓝宝石衬底；
101：低温氮化镓基缓冲层；
102：非掺杂氮化镓层；
103：n型掺杂氮化镓层；
104：多量子阱层；
105：p型氮化镓；
106：p型铝镓氮；
107：粗化的p型氮化镓；
108：扩展电流层；
109：高掺杂的p型GaN基电极接触层。
具体实施方式
外延片结构如图1所示的实施例如下：
实施例1采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1100℃，稳定5分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至500℃生长20nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1050℃，生长1μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1100℃，生长2μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长5个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为22nm，生长温度为900℃；InGaN阱层：厚度为1.3nm，生长温度为750℃。
6.升温至1000℃生长50nm厚度的p型氮化镓。
7.在此温度下，生长扩展电流层，10个循环的p型的InGaN/GaN，InGaN：厚度为5nm，GaN：厚度为5nm。
8.在此温度下生长10nm厚度的p型氮化镓。
9.降温至940℃生长10nm厚度的p型铝镓氮。
10.升温至1200℃生长300nm厚度的粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长25nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
实施例1生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到105lm。
实施例2采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1250℃，稳定6分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至550℃生长40nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1070℃，生长1μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1050℃，生长3μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长10个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为20nm，生长温度为850℃；InGaN阱层：厚度为1.0nm，生长温度为750℃。
6.升温至1000℃生长10nm厚度的p型氮化镓。
7.在此温度下，生长扩展电流层，1个循环的p型的InGaN/GaN，InGaN：厚度为25nm，GaN：厚度为25nm。
8.在此温度下生长15nm厚度的p型氮化镓。
9.降温至700℃生长100nm厚度的p型铝镓氮。
10.在700℃生长100nm厚度的粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长10nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
实施例2生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到101lm。
实施例3采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1050℃，稳定6分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至550℃生长30nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1200℃，生长1μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1050℃，生长3μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长8个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为20nm，生长温度为850℃；InGaN阱层：厚度为1.5nm，生长温度为740℃。
6.升温至800℃生长10nm厚度的p型氮化镓(p1)。
7.在此温度下，生长扩展电流层，2个循环的p型的InGaN/GaN，InGaN：厚度为20nm，GaN：厚度为10nm。
8.在此温度下生长15nm厚度的p型氮化镓。
9.降温至700℃生长100nm厚度的p型铝镓氮。
10.在700℃生长100nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长10nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
实施例3生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到98lm。
实施例4采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1050℃，稳定10分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至550℃生长40nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1180℃，生长3μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1050℃，生长3μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长10个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为18nm，生长温度为800℃；InGaN阱层：厚度为1.8nm，生长温度为740℃。
6.升温至800℃生长40nm厚度的p型氮化镓。
7.在此温度下，生长扩展电流层，5个循环的p型的InGaN/GaN，InGaN：厚度为5nm，GaN：厚度为10nm。
8.在此温度下生长15nm厚度的p型氮化镓。
9.升温至在1200℃生长100nm厚度的p型铝镓氮。
10.降温至1000℃生长150nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长25nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
实施例4生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到96lm。
实施例5采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1300℃，稳定5分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至550℃生长40nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1180℃，生长3μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1050℃，生长3μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长6个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为18nm，生长温度为800℃；InGaN阱层：厚度为1.7nm，生长温度为700℃。
6.升温至700℃生长80nm厚度的p型氮化镓。
7.在此温度下，生长扩展电流层，5个循环的p型的InGaN/GaN，InGaN：厚度为10nm，GaN：厚度为10nm。
8.在此温度下生长15nm厚度的p型氮化镓。
9.升温至1200℃生长100nm厚度的p型铝镓氮。
10.降温至1000℃生长150nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长25nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
实施例5生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到110lm。
外延片结构如图2所示的实施例如下：
实施例6采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1130℃，稳定6分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至450℃生长40nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1100℃，生长2μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1100℃，生长1μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长10个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为18nm，生长温度为900℃；InGaN阱层：厚度为1.7nm，生长温度为700℃。
6.升温至1000℃生长10nm厚度的p型氮化镓。
7.升温至1200℃生长20nm厚度的p型铝镓氮。
8.在此温度下，生长扩展电流层，1个循环的p型的AlInGaN/GaN，AlInGaN：厚度为5nm，GaN：厚度为5nm。
9.在此温度下生长10nm厚度的p型铝镓氮。
10.降温至1000℃生长150nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长25nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
本实施例生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到98lm。
实施例7采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1130℃，稳定6分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至500℃生长20nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1120℃，生长2μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1100℃，生长1μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长5个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为18nm，生长温度为900℃；InGaN阱层：厚度为1.7nm，生长温度为700℃。
6.升温至1000℃生长100nm厚度的p型氮化镓。
7.升温至1200℃生长20nm厚度的p型铝镓氮。
8.在此温度下，生长扩展电流层，4个循环的p型的AlInGaN/GaN，AlInGaN：厚度为10nm，GaN：厚度为5nm。
9.在此温度下生长10nm厚度的p型铝镓氮。
10.降温至1000℃生长100nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长25nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
本实施例生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到109lm。
实施例8采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1250℃，稳定10分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至500℃生长20nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1140℃，生长3μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1200℃，生长2μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长10个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为18nm，生长温度为900℃；InGaN阱层：厚度为1.5nm，生长温度为720℃。
6.升温至1090℃生长100nm厚度的p型氮化镓。
7.降温至940℃生长20nm厚度的p型铝镓氮。
8.在此温度下，生长扩展电流层，5个循环的p型的AlInGaN/GaN，AlInGaN：厚度为5nm，GaN：厚度为5nm。
9.在此温度下生长20nm厚度的p型铝镓氮。
10.升温至1200℃生长200nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长30nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
本实施例生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到103lm。
实施例9采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1050℃，稳定7分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至500℃生长30nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1050℃，生长2μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1200℃，生长2μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长6个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为20nm，生长温度为800℃；InGaN阱层：厚度为1.4nm，生长温度为700℃。
6.升温至750℃生长20nm厚度的p型氮化镓。
7.升温至940℃生长50nm厚度的p型铝镓氮。
8.在此温度下，生长扩展电流层，2个循环的p型的AlInGaN/GaN，AlInGaN：厚度为10nm，GaN：厚度为5nm。
9.在此温度下生长20nm厚度的p型铝镓氮。
10.降温至700℃生长100nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长30nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
本实施例生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到110lm。
实施例10采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1100℃，稳定10分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至450℃生长30nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1060℃，生长2μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1200℃，生长2μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长10个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为20nm，生长温度为800℃；InGaN阱层：厚度为1.4nm，生长温度为750℃。
6.升温至850℃生长20nm厚度的p型氮化镓。
7.升温至1200℃生长50nm厚度的p型铝镓氮。
8.在此温度下，生长扩展电流层，1个循环的p型的AlInGaN/GaN，AlInGaN：厚度为2.5nm，GaN：厚度为2.5nm。
9.在此温度下生长20nm厚度的p型铝镓氮。
10.降温至700℃生长100nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长25nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
本实施例生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到98lm。
实施例11采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1250℃，稳定10分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至500℃生长20nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1140℃，生长3μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1200℃，生长2μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长10个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为18nm，生长温度为900℃；InGaN阱层：厚度为1.5nm，生长温度为720℃。
6.升温至1090℃生长100nm厚度的p型氮化镓。
7.降温至940℃生长20nm厚度的p型铝镓氮。
8.在此温度下，生长扩展电流层，5个循环的p型的AlInGaN/GaN，AlInGaN：厚度为5nm，GaN：厚度为5nm。
9.在此温度下生长20nm厚度的p型铝镓氮。
10.升温至1200℃生长200nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长30nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
本实施例生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到110lm。
外延片结构如图3所示的实施例如下：
实施例12采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1100℃，稳定6分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至450℃生长20nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1100℃，生长2μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1100℃，生长1μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长5个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为18nm，生长温度为900℃；InGaN阱层：厚度为1.7nm，生长温度为700℃。
6.升温至1000℃生长50nm厚度的p型氮化镓。
7.升温至1200℃生长20nm厚度的p型铝镓氮。
8.降温至1000℃生长150nm厚度的p型氮化镓。
9.在此温度下，生长扩展电流层，10个循环的p型的InGaN/GaN，InGaN：厚度为5nm，GaN：厚度为5nm。
10.在此温度下生长10nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长30nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
本实施例生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到98lm。
实施例13采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1250℃，稳定5分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至550℃生长20nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1070℃，生长2μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1060℃，生长3μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长8个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为20nm，生长温度为850℃；InGaN阱层：厚度为1.0nm，生长温度为750℃。
6.升温至1000℃生长10nm厚度的p型氮化镓。
7.降温至700℃生长100nm厚度的p型铝镓氮。
8.在700℃生长100nm厚度粗化的p型氮化镓。
9.在此温度下，生长扩展电流层，1个循环的p型的InGaN/GaN，InGaN：厚度为50nm，GaN：厚度为50nm。
10.在此温度下生长15nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长10nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
本实施例生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到108lm。
实施例14采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1100℃，稳定5分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至500℃生长20nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1070℃，生长1μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1100，生长2μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长5个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为20nm，生长温度为900℃；InGaN阱层：厚度为1.3nm，生长温度为750℃。
6.升温至1000℃生长50nm厚度的p型氮化镓。
7.降温至940℃生长20nm厚度的p型铝镓氮。
8.升温至1200℃生长200nm厚度的p型氮化镓。
9.在此温度下，生长扩展电流层，8个循环的p型的InGaN/GaN，InGaN：厚度为5nm，GaN：厚度为5nm。
10.在此温度下生长10nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长25nm厚度的高掺杂p型6aN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
本实施例生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到97lm。
实施例15采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1050℃，稳定10分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至550℃生长40nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1180℃，生长2μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1050℃，生长1.5μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长8个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为22nm，生长温度为800℃；InGaN阱层：厚度为1.8nm，生长温度为740℃。
6.升温至800℃生长40nm厚度的p型氮化镓。
7.升温至1200℃生长100nm厚度的p型铝镓氮。
8.降温至升温至1000℃生长100nm厚度粗化的p型氮化镓。
9.在此温度下，生长扩展电流层，5个循环的p型的InGaN/GaN，InGaN：厚度为5nm，GaN：厚度为10nm。
10.在此温度下生长15nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长25nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
本实施例生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到100lm。
实施例16采用MOCVD生长外延片，从下到上依次生长：
1.将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1130℃，稳定6分钟，对衬底进行高温净化。
2.降温至500℃生长20nm厚度的低温氮化镓基缓冲层。
3.升温至1120℃，生长2μm厚度的非掺杂氮化镓层。
4.在1100℃，生长1μm厚度的n型掺杂氮化镓层。
5.在N2环境中生长5个循环的多量子阱层，GaN垒层：厚度为18nm，生长温度为900℃；InGaN阱层：厚度为1.7nm，生长温度为700℃。
6.升温至1000℃生长10nm厚度的p型氮化镓。
7.升温至1200℃生长20nm厚度的p型铝镓氮。
8.降温至1000℃生长100nm厚度的p型氮化镓。
9.在此温度下，生长扩展电流层，4个循环的p型的InGaN/GaN，InGaN厚度为10nm，GaN厚度为5nm。
10.在此温度下生长10nm厚度粗化的p型氮化镓。
11.在此温度下生长25nm厚度的高掺杂p型GaN电极接触层。
12.退火。
13.降温至室温，生长结束。
本实施例生长的GaN基外延片，提高了空穴在发光区的注入比，增加了与电子复合发光的空穴数，提高了LED的发光强度，对45mil×45mil的芯片进行测试，封装后光效率可达到97lm。
Claims (6)
1.一种LED外延片，其结构自下而上依次为蓝宝石衬底、低温氮化镓基缓冲层、非掺杂氮化镓层、n型氮化镓层、多量子阱层、p型氮化镓层、p型铝镓氮层、粗化的p型氮化镓层和高掺杂的p型GaN基电极接触层，其特征在于所述LED外延片还包含扩展电流层，所述扩展电流层嵌入在p型氮化镓层、p型铝镓氮层或者粗化的p型氮化镓层中；
其中所述扩展电流层为1～10个循环周期的p型InGaN/p型GaN，或者为1～10个循环周期的p型AlInGaN/p型GaN；
所述扩展电流层总生长厚度为5～100nm，所述扩展电流层中的p型InGaN或者p型AlInGaN的厚度为2.5～50nm。
2.根据权利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述扩展电流层嵌入在p型氮化镓层或者p型铝镓氮层中，所述扩展电流层为1～10个循环周期的p型InGaN/p型GaN。
3.根据权利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述扩展电流层嵌入在粗化的p型氮化镓层中，其中所述扩展电流层为1～10个循环周期的p型AlInGaN/p型GaN。
4.根据权利要求1或2所述的LED外延片的外延生长方法，采用金属有机化合物化学气相沉积方法，其生长步骤依次为：
(1)在1000～1300℃下在H2环境中高温净化蓝宝石衬底5～10分钟；
(2)降温至450～550℃生长20～40nm厚度的低温氮化镓基缓冲层；
(3)升温至1050～1200℃生长1～3μm厚度的非掺杂氮化镓；
(4)同样的温度下，再生长1～3μm厚度的n型氮化镓层；
(5)降温至700～900℃，生长5～10个周期的InGaN/GaN的多量子阱层；
(6)升温至700～1200℃，生长总厚度为10～100nm的p型氮化镓层；
(7)同样的温度下，生长总厚度为10～100nm的p型铝镓氮层；
(8)升温至700～1200℃，生长总厚度为100～300nm的粗化的p型氮化镓；
(9)同样的温度下，生长10～30nm厚度的高掺杂的p型的GaN基电极接触层。
其特征在于，在所述的步骤(6)中，先生长第一层p型氮化镓层，再生长扩展电流层，最后再生长第二层p型氮化镓层，所述扩展电流层为p型InGaN/p型GaN，总生长厚度为5～100nm，p型InGaN的厚度为2.5～50nm。
5.根据权利要求4所述的LED外延片的外延生长方法，其特征在于，在所述的步骤(8)中，先生长第一层粗化p型氮化镓层，再生长扩展电流层，最后再生长第二层粗化p型氮化镓层，所述扩展电流层为p型InGaN/p型GaN，总生长厚度为5～100nm，p型InGaN的厚度为2.5～50nm。
6.根据权利要求1或3所述的LED外延片的外延生长方法，采用金属有机化合物化学气相沉积方法，其生长步骤依次为：
(1)在1000～1300℃下在H2环境中高温净化蓝宝石衬底5～10分钟；
(2)降温至450～550℃生长20～40nm厚度的低温氮化镓基缓冲层；
(3)升温至1050～1200℃生长1～3μm厚度的非掺杂氮化镓；
(4)同样的温度下，再生长1～3μm厚度的n型氮化镓层；
(5)降温至700～900℃，生长5～10个周期的InGaN/GaN的多量子阱层；
(6)升温至700～1200℃，生长总厚度为10～100nm的p型氮化镓层；
(7)同样的温度下，生长总厚度为10～100nm的p型铝镓氮层；
(8)升温至700～1200℃，生长总厚度为100～300nm的粗化的p型氮化镓；
(9)同样的温度下，生长10～30nm厚度的高掺杂的p型的GaN基电极接触层。
其特征在于，在所述的步骤(7)中，先生长第一层p型铝镓氮层，再生长扩展电流层，最后再生长第二层p型铝镓氮层，所述扩展电流层为p型AlInGaN/p型GaN，总生长厚度为5～100nm，p型AlInGaN的厚度为2.5～50nm。
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