CN105244424A - 一种提高led器件光效的外延生长方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种提高LED器件光效的外延生长方法，包括步骤：处理蓝宝石衬底；生长低温缓冲层；低温缓冲层退火处理；生长不掺杂Si的N型GaN层；生长第一掺杂Si的N型GaN层；生长第二掺杂Si的N型GaN层；生长发光层；生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层；生长高温掺杂Mg的P型GaN层；最后降温至650-680℃，保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。本发明采用新的材料pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层作为新的电子阻挡层，利用In的原子活性减少Mg的激活能，提高Mg的激活效率，超晶格内通过pInN的过渡实现pAlGaN向pInGaN能带平滑过渡，解决了pAlGaN和pInGaN晶格适配大导致接触界面能带差高引起的空穴注入受到阻挡的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明技术领域，具体地说，是涉及一种提升LED光效性能的外延生长方法。
背景技术
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。
市场上对LED亮度和光效的需求与日俱增，现有技术的LED外延电子阻挡层pAlGaN存在诸多缺点，Mg在AlGaN材料中激活能非常高，Mg的激活效率非常低，空穴浓度低，空穴在高能带的AlGaN材料中迁移率非常低，空穴的传输注入效率低下，由此导致LED的发光效率降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是采用pAlGaN/InMgN/pInGaN超晶格层代替原来的pAlGaN材料，有效的保留电子阻挡能力又能弥补和改善传统电子阻挡层不足之处，大幅度提升Mg的掺杂效率和激活效率，空穴浓度得到提升，LED亮度得到提升，更好地满足市场的需求。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高LED器件光效的外延生长方法，包括步骤：
处理蓝宝石衬底；
生长低温缓冲层；
低温缓冲层退火处理；
生长不掺杂Si的N型GaN层；
生长第一掺杂Si的N型GaN层；
生长第二掺杂Si的N型GaN层；
生长发光层；
生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层，包括以下步骤：
生长pAlGaN层：保持反应腔压力250-450mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、40-65sccm的TMGa、110-140L/min的H2、120-140sccm的TMAl、1000-1800sccm的Cp2Mg，生长2-5nm的pAlGaN层，Al掺杂浓度1×1020-3×1020atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3；
生长pInN层：保持反应腔压力250-450mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMIn、100-130L/min的N2、1000-1800sccm的Cp2Mg，生长2-5nm的pInN层，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3；
生长pInGaN层：保持反应腔压力250-450mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、40-65sccm的TMGa、110-140L/min的H2、1000-1500sccm的TMIn、1000-1800sccm的Cp2Mg，生长2-5nm的pInGaN层，In掺杂浓度1×1019-5×1019atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3；
生长高温掺杂Mg的P型GaN层；
最后降温至650-680℃，保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
优选地，所述生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层为周期性生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层，周期数为5-9。
优选地，所述处理蓝宝石衬底，进一步为，
在1000-1100℃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。
优选地，所述生长低温缓冲层，进一步为，
降温至500-600℃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。
优选地，所述低温缓冲层退火处理，进一步为，
升高温度1000-1100℃下，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、100-130L/min的H2、保持温度稳定持续300-500℃，使得低温缓冲层腐蚀成不规则小岛。
优选地，所述生长不掺杂Si的N型GaN层，进一步为，
升高温度到1000-1200℃，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2-4μm的不掺杂Si的N型GaN层。
优选地，所述生长第一掺杂Si的N型GaN层，进一步为，
保持反应腔压力300-600mbar、温度1000-1200℃不变，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3-4μm第一掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5×1018atom/cm3-1×1019atom/cm3。
优选地，所述生长第二掺杂Si的N型GaN层，进一步为，
保持反应腔压力300-600mbar、温度1000-1200℃不变，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第二掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5×1017atom/cm3-1×1018atom/cm3。
优选地，所述生长发光层，进一步为，
保持反应腔压力300-400mbar、温度700-750℃，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，其中x在0.20-0.25之间，发光波长450-455nm；
接着升高温度750-850℃，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(1-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。
优选地，所述生长高温掺杂Mg的P型GaN层，进一步为，
保持反应腔压力400-900mbar、温度950-1000℃，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50-200nm的高温掺杂Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3。
与现有技术相比，本发明所述的提高LED器件光效的外延生长方法，达到了如下效果：
本发明采用新的材料pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层作为新的电子阻挡层，利用In的原子活性减少Mg的激活能，提高Mg的激活效率，超晶格内通过pInN的过渡实现pAlGaN向pInGaN能带平滑过渡，解决了pAlGaN和pInGaN晶格适配大导致接触界面能带差高引起的空穴注入受到阻挡的问题，pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层比传统的pAlGaN、Mg的激活效率提升，空穴浓度提高，空穴注入效率提高，LED器件的光效得到提升。
附图说明
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：
图1为本发明的提高LED器件光效的外延生长方法的流程图；
图2为本发明的外延生长方法制得的LED结构；
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
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二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
本发明运用MOCVD来生长高亮度GaN基LED外延片。采用高纯H2或高纯N2或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，N型掺杂剂为硅烷(SiH4)，三甲基铝(TMAl)作为铝源P型掺杂剂为二茂镁(CP2Mg)，衬底为(0001)面蓝宝石，反应压力在70mbar到900mbar之间。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1：
结合图1和图2，本实施例提供了一种提高LED器件光效的外延生长方法，具体如下：
步骤101、处理蓝宝石衬底201：在1000℃的的氢气气氛下，通入100L/min的H2，保持反应腔压力100mbar，蓝宝石衬底201处理时间为8分钟；
步骤102、生长低温缓冲层202：降温至500℃下，保持反应腔压力300mbar，通入流量为10000sccm的NH3、50sccm的TMGa、100L/min的H2、在蓝宝石衬底201上生长厚度为20nm的低温缓冲层202；
步骤103、低温缓冲层202退火处理：升高温度1000℃下，保持反应腔压力300mbar，通入流量为30000sccm的NH3、100L/min的H2、保持温度稳定持续300℃，使得低温缓冲层202腐蚀成不规则小岛；
步骤104、生长不掺杂Si的N型GaN层203：升高温度到1000℃，保持反应腔压力300mbar，通入流量为30000sccm的NH3、200sccm的TMGa、100L/min的H2、持续生长2μm的不掺杂Si的N型GaN层203；
步骤105、生长第一掺杂Si的N型GaN层204：保持反应腔压力300mbar、温度1000℃不变，通入流量为30000sccm的NH3、200sccm的TMGa、100L/min的H2、20sccm的SiH4，持续生长3μm第一掺杂Si的N型GaN层204，Si掺杂浓度5×1018atom/cm3；
步骤106、生长第二掺杂Si的N型GaN层205：保持反应腔压力300mbar、温度1000℃不变，通入流量为30000sccm的NH3、200sccm的TMGa、100L/min的H2、2sccm的SiH4持续生长200nm第二掺杂Si的N型GaN层205，Si掺杂浓度5×1017atom/cm3；
步骤107：生长发光层206：保持反应腔压力300mbar、温度700℃，通入流量为50000sccm的NH3、20sccm的TMGa、1500sccm的TMIn、100L/min的N2，生长掺杂In的2.5nmInxGa(1-x)N层2061(x＝0.20)，发光波长450nm；升高温度750℃，保持反应腔压力300mbar，通入流量为50000sccm的NH3、20sccm的TMGa、100L/min的N2，生长8nmGaN层2062；然后重复生长InxGa(1-x)N层2061，重复生长GaN层2062，再交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层206，控制周期数为7；
步骤108、生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层209，具体包括步骤：
(1)生长pAlGaN层2091：保持反应腔压力250mbar、温度900℃，通入流量为50000sccm的NH3、40sccm的TMGa、110L/min的H2、120sccm的TMAl、1000sccm的Cp2Mg，生长2nm的pAlGaN层2091，Al掺杂浓度1×1020atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1019atom/cm3；
(2)生长pInN层2092：保持反应腔压力250mbar、温度900℃，通入流量为50000sccm的NH3、30sccm的TMIn、100L/min的N2、1000sccm的Cp2Mg，生长2nm的pInN层2092，Mg掺杂浓度1×1019atom/cm3；
(3)生长pInGaN层2093：保持反应腔压力250mbar、温度900℃，通入流量为50000sccm的NH3、40sccm的TMGa、110L/min的H2、1000sccm的TMIn、1000sccm的Cp2Mg，生长2nm的pInGaN层2093，In掺杂浓度1×1019atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1019atom/cm3；
以(1)、(2)、(3)为单元周期性生长pAlGaN/InMgN/pInGaN超晶格层209，周期数5，单元内(1)、(2)、(3)顺序可以调换；
步骤109、生长高温掺杂Mg的P型GaN层207：保持反应腔压力400mbar、温度950℃，通入流量为50000sccm的NH3、20sccm的TMGa、100L/min的H2、1000sccm的Cp2Mg,持续生长50nm的高温掺杂Mg的P型GaN层207，Mg掺杂浓度1×1019atom/cm3；
步骤110、最后降温至650℃，保温20min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
实施例2：
本实施例提供一种提高LED器件光效的外延生长方法，具体如下：
步骤201、处理蓝宝石衬底201：在1100℃的的氢气气氛下，通入130L/min的H2，保持反应腔压力300mbar，处理蓝宝石衬底201的时间为10分钟；
步骤202、生长低温缓冲层202：降温至600℃下，保持反应腔压力600mbar，通入流量为20000sccm的NH3、100sccm的TMGa、130L/min的H2、在蓝宝石衬底201上生长厚度为40nm的低温缓冲层202；
步骤203、低温缓冲层202退火处理：升高温度1100℃下，保持反应腔压力600mbar，通入流量为40000sccm的NH3、130L/min的H2、保持温度稳定持续500℃，使得低温缓冲层202腐蚀成不规则小岛；
步骤204、生长不掺杂Si的N型GaN层203：升高温度到1200℃，保持反应腔压力600mbar，通入流量为40000sccm的NH3、400sccm的TMGa、130L/min的H2、持续生长4μm的不掺杂Si的N型GaN层203；
步骤205、生长第一掺杂Si的N型GaN层204：保持反应腔压力600mbar、温度1200℃不变，通入流量为60000sccm的NH3、400sccm的TMGa、130L/min的H2、50sccm的SiH4，持续生长4μm第一掺杂Si的N型GaN层204，Si掺杂浓度1×1019atom/cm3；
步骤206、生长第二掺杂Si的N型GaN层205：保持反应腔压力、温度不变，通入流量为60000sccm的NH3、400sccm的TMGa、130L/min的H2、10sccm的SiH4，持续生长400nm第二掺杂Si的N型GaN层205，Si掺杂浓度1×1018atom/cm3；
步骤207、生长发光层206：保持反应腔压力400mbar、温度750℃，通入流量为70000sccm的NH3、40sccm的TMGa、2000sccm的TMIn、130L/min的N2，生长掺杂In的3.5nmInxGa(1-x)N层2061其中x＝0.25，发光波长455nm；接着升高温度850℃，保持反应腔压力400mbar，通入流量为70000sccm的NH3、100sccm的TMGa、130L/min的N2，生长15nmGaN层2062；然后重复生长InxGa(1-x)N层2061，然后重复生长GaN层2062，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层206，控制周期数为15；
步骤208、生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层209，具体包括步骤：
(1)生长pAlGaN层2091：保持反应腔压力450mbar、温度950℃，通入流量为70000sccm的NH3、65sccm的TMGa、140L/min的H2、140sccm的TMAl、1800sccm的Cp2Mg，生长5nm的pAlGaN层，Al掺杂浓度3×1020atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1020atom/cm3；
(2)生长pInN层2092：保持反应腔压力450mbar、温度950℃，通入流量为70000sccm的NH3、60sccm的TMIn、130L/min的N2、1800sccm的Cp2Mg，生长5nm的pInN层2092，Mg掺杂浓度1×1020atom/cm3；
(3)生长pInGaN层2093：保持反应腔压力450mbar、温度950℃，通入流量为70000sccm的NH3、65sccm的TMGa、140L/min的H2、1500sccm的TMIn、1800sccm的Cp2Mg，生长5nm的pInGaN层2093，In掺杂浓度5×1019atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1020atom/cm3；
以(1)、(2)、(3)为单元周期性生长pAlGaN/InMgN/pInGaN超晶格层，周期数9，单元内(1)、(2)、(3)顺序可以调换；
步骤209、生长高温掺杂Mg的P型GaN层207：保持反应腔压力900mbar、温度1000℃，通入流量为70000sccm的NH3、100sccm的TMGa、100-130L/min的H2、3000sccm的Cp2Mg，持续生长200nm的高温掺杂Mg的P型GaN层207，Mg掺杂浓度1×1020atom/cm3；
步骤210、最后降温至680℃，保温30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
实施例3：
步骤301、处理蓝宝石衬底201：在1050℃的的氢气气氛下，通入115L/min的H2，保持反应腔压力200mbar，处理蓝宝石衬底201的时间为9分钟；
步骤302、生长低温缓冲层202：降温至550℃下，保持反应腔压力450mbar，通入流量为15000sccm的NH3、75sccm的TMGa、115L/min的H2、在蓝宝石衬底201上生长厚度为30nm的低温缓冲层202；
步骤303、低温缓冲层202退火处理：升高温度1050℃下，保持反应腔压力450mbar，通入流量为35000sccm的NH3、115L/min的H2、保持温度稳定持续400℃，使得低温缓冲层202腐蚀成不规则小岛；
步骤304、生长不掺杂Si的N型GaN层203：升高温度到1100℃，保持反应腔压力450mbar，通入流量为35000sccm的NH3、300sccm的TMGa、115L/min的H2、持续生长3μm的不掺杂Si的N型GaN层203；
步骤305、生长第一掺杂Si的N型GaN层204：保持反应腔压力450mbar、温度1100℃不变，通入流量为45000sccm的NH3、300sccm的TMGa、115L/min的H2、35sccm的SiH4，持续生长3.5μm第一掺杂Si的N型GaN层204，Si掺杂浓度7.5×1018atom/cm3；
步骤306、生长第二掺杂Si的N型GaN层205：保持反应腔压力450mbar、温度1100℃不变，通入流量为45000sccm的NH3、300sccm的TMGa、115L/min的H2、6sccm的SiH4，持续生长300nm第二掺杂Si的N型GaN层205，Si掺杂浓度7.5×1017atom/cm3；
步骤307、生长发光层206：保持反应腔压力350mbar、温度725℃，通入流量为60000sccm的NH3、30sccm的TMGa、1750sccm的TMIn、100-130L/min的N2，生长掺杂In的3nmInxGa(1-x)N层2061，其中x＝0.22，发光波长452nm；接着升高温度800℃，保持反应腔压力350mbar，通入流量为60000sccm的NH3、60sccm的TMGa、115L/min的N2，生长12nmGaN层2062；然后重复生长InxGa(1-x)N层2061，然后重复生长GaN层2062，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层206，控制周期数为11；
步骤308、生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层209，具体包括步骤：
(1)生长pAlGaN层2091：保持反应腔压力350mbar、温度925℃，通入流量为60000sccm的NH3、52sccm的TMGa、125L/min的H2、130sccm的TMAl、1400sccm的Cp2Mg，生长3.5nm的pAlGaN层2091，Al掺杂浓度2×1020atom/cm3，Mg掺杂浓度5×1019atom/cm3；
(2)生长pInN层2092：保持反应腔压力350mbar、温度925℃，通入流量为60000sccm的NH3、45sccm的TMIn、115L/min的N2、1400sccm的Cp2Mg，生长3.5nm的pInN层2092，Mg掺杂浓度5×1019atom/cm3；
(3)生长pInGaN层2093：保持反应腔压力350mbar、温度925℃，通入流量为60000sccm的NH3、52sccm的TMGa、125L/min的H2、1250sccm的TMIn、1400sccm的Cp2Mg，生长3.5nm的pInGaN层2093，In掺杂浓度2.5×1019atom/cm3，Mg掺杂浓度5×1019atom/cm3；
以(1)、(2)、(3)为单元周期性生长pAlGaN/InMgN/pInGaN超晶格层，周期数7，单元内(1)、(2)、(3)顺序可以调换；
步骤309、生长高温掺杂Mg的P型GaN层207：保持反应腔压力650mbar、温度975℃，通入流量为60000sccm的NH3、60sccm的TMGa、115L/min的H2、2000sccm的Cp2Mg，持续生长125nm的高温掺杂Mg的P型GaN层207，Mg掺杂浓度5×1019atom/cm3；
步骤310、最后降温至665℃，保温25min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
对比实验：
结合图3，提供一种现有技术中的外延生长方法，包括以下步骤：
1、处理蓝宝石衬底301：在1000-1100℃的的氢气气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100-300mbar，处理蓝宝石衬底3018-10分钟；
2、生长低温缓冲层302：降温至500-600℃下，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为10000-20000sccm的NH3、50-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、在蓝宝石衬底301上生长厚度为20-40nm的低温缓冲层302；
3、低温缓冲层退火处理：升高温度到1000-1200℃，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、100-130L/min的H2持续300-500s，使得低温缓冲层302腐蚀为不规则的GaN小岛，这一步为低温缓冲层的退火处理；
4、生长不掺杂Si的N型GaN层303：升高温度到1000-1200℃，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2-4μm的不掺杂Si的N型GaN层303；
5、生长第一掺杂Si的N型GaN层304：保持反应腔压力300-600mbar、温度1000-1200℃不变，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3-4μm第一掺杂Si的N型GaN层304，Si掺杂浓度5×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3；
6、生长第二掺杂Si的N型GaN层305：保持反应腔压力300-600mbar、温度1000-1200℃不变，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第二掺杂Si的N型GaN层305，Si掺杂浓度5×1017atoms/cm3-1×1018atoms/cm3；
7、生长发光层306：保持反应腔压力300-400mbar、温度700-750℃，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3061(x＝0.20-0.25)，发光波长450-455nm；接着升高温度750-850℃，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3062；然后重复生长InxGa(1-x)N层3061，然后重复生长GaN层3062，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层306，控制周期数为7-15；
8、生长掺杂Mg、Al的P型AlGaN层307：保持反应腔压力200-400mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl、1000-1300sccm的Cp2Mg,持续生长50-100nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1×1020atoms/cm3-3×1020atoms/cm3，Mg掺杂浓度1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3；
9、生长高温掺杂Mg的P型GaN层308：保持反应腔压力400-900mbar、温度950-1000℃，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308，Mg掺杂浓度1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3；
10、最后降温至650-680℃，保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
根据现有技术的LED的生长方法制备样品1，根据本发明的方法制备样品2；样品1和样品2外延生长方法参数不同点在于生长pAlGaN/pInMgN/pInGa超晶格层条件不一样，生长其它外延层生长条件完全相同；样品1和样品2在相同的前工艺条件下镀ITO层约150nm，相同的条件下镀Cr/Pt/Au电极约1500nm，相同的条件下镀保护层SiO2约100nm，然后在相同的条件下将样品研磨切割成635μm*635μm(25mil*25mil)的芯片颗粒，然后样品1和样品2在相同位置各自挑选100颗晶粒，在相同的封装工艺下，封装成白光LED。然后采用积分球在驱动电流350mA条件下测试样品1和样品2的光电性能。
表1样品1、2产品电性参数的比较
数据分析结论：将积分球获得的数据进行分析对比，参考附表1本专利和传统的生长方法LED的光电性能参数，数据可以看出本发明的方法在保证其它光电参数不变的情况下有效地提升LED产品光效。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，包括步骤：
处理蓝宝石衬底；
生长低温缓冲层；
低温缓冲层退火处理；
生长不掺杂Si的N型GaN层；
生长第一掺杂Si的N型GaN层；
生长第二掺杂Si的N型GaN层；
生长发光层；
生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层，包括以下步骤：
生长pAlGaN层：保持反应腔压力250-450mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、40-65sccm的TMGa、110-140L/min的H2、120-140sccm的TMAl、1000-1800sccm的Cp2Mg，生长2-5nm的pAlGaN层，Al掺杂浓度1×1020-3×1020atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3；
生长pInN层：保持反应腔压力250-450mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMIn、100-130L/min的N2、1000-1800sccm的Cp2Mg，生长2-5nm的pInN层，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3；
生长pInGaN层：保持反应腔压力250-450mbar、温度900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、40-65sccm的TMGa、110-140L/min的H2、1000-1500sccm的TMIn、1000-1800sccm的Cp2Mg，生长2-5nm的pInGaN层，In掺杂浓度1×1019-5×1019atom/cm3，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3；
生长高温掺杂Mg的P型GaN层；
最后降温至650-680℃，保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
2.根据权利要求1所述的提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，所述生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层为周期性生长pAlGaN/pInN/pInGaN超晶格层，周期数为5-9。
3.根据权利要求1所述的提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，所述处理蓝宝石衬底，进一步为，
在1000-1100℃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。
4.根据权利要求1所述的提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，所述生长低温缓冲层，进一步为，
降温至500-600℃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。
5.根据权利要求1所述的提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，所述低温缓冲层退火处理，进一步为，
升高温度1000-1100℃下，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、100-130L/min的H2、保持温度稳定持续300-500℃，使得低温缓冲层腐蚀成不规则小岛。
6.根据权利要求1所述的提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，所述生长不掺杂Si的N型GaN层，进一步为，
升高温度到1000-1200℃，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2-4μm的不掺杂Si的N型GaN层。
7.根据权利要求1所述的提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，所述生长第一掺杂Si的N型GaN层，进一步为，
保持反应腔压力300-600mbar、温度1000-1200℃不变，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3-4μm第一掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5×1018atom/cm3-1×1019atom/cm3。
8.根据权利要求1所述的提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，所述生长第二掺杂Si的N型GaN层，进一步为，
保持反应腔压力300-600mbar、温度1000-1200℃不变，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第二掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5×1017atom/cm3-1×1018atom/cm3。
9.根据权利要求1所述的提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，所述生长发光层，进一步为，
保持反应腔压力300-400mbar、温度700-750℃，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，其中x在0.20-0.25之间，发光波长450-455nm；
接着升高温度750-850℃，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(1-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。
10.根据权利要求1所述的提高LED器件光效的外延生长方法，其特征在于，所述生长高温掺杂Mg的P型GaN层，进一步为，
保持反应腔压力400-900mbar、温度950-1000℃，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50-200nm的高温掺杂Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1×1019-1×1020atom/cm3。
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