CN105895753A - 提高led发光效率的外延生长方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种提高LED发光效率的外延生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温缓冲层GaN、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长发光层、生长P型AlGaN层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，尤其是，在所述生长掺杂Si的N型GaN层之后、所述生长发光层之前，还包括生长应力释放层。如此方案，在传统生长方法基础上加入应力释放层的生长，即InN/GaN/Si3N4超晶格层的生长，有利于提升LED的发光效率。

Description

提高LED发光效率的外延生长方法
技术领域
本申请涉及LED外延设计应用技术领域，具体地说，涉及一种提高LED发光效率的外延生长方法。
背景技术
目前LED(Light Emitting Diode，发光二极管)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，如何生长更好的外延片日益受到重视，因为外延层晶体质量的提高，LED器件的性能可以得到提升，LED的发光效率、寿命、抗老化能力、抗静电能力、稳定性会随着外延层晶体质量的提升而提升。
目前国内LED行业正在蓬勃的发展，LED产品具有节能、环保、寿命长等优点，目前生长LED外延工艺方面主要是不断通过改善外延片的晶体质量来不断提高LED器件的性能。
传统LED外延层的生长方法为(外延层结构参见图2)：
1、在1000℃-1100℃的H2气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底8min-10min。
2、降温至500-600℃下，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为10000sccm-20000sccm的NH3、50sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-40nm的低温缓冲层GaN。
3、升高温度到1000℃-1200℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm(sccm为标准毫升每分钟)的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、持续生长2μm-4μm的不掺杂GaN层。
4、保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、20sccm-50sccm的SiH4，持续生长3μm-4μm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3(5E19代表5的19次方，也就是519，1E20代表1020，以下表示方式以此类推)。
5、保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、2sccm-10sccm的SiH4，持续生长200nm-400nm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E18atoms/cm3-1E19atoms/cm3。
6、保持反应腔压力300mbar-400mbar、温度700℃-750℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-40sccm的TMGa、1500sccm-2000sccm的TMIn、100L/min-130L/min的N2，生长掺杂In的2.5nm-3.5nm的InxGa(1-x)N层，x＝0.20-0.25，发光波长450nm-455nm；接着升高温度至750℃-850℃，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的N2，生长8nm-15nm的GaN层；重复InxGa(1-x)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为7-15个。
7、保持反应腔压力200mbar-400mbar、温度900℃-950℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、30sccm-60sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、100sccm-130sccm的TMAl、1000sccm-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
8、保持反应腔压力400mbar-900mbar、温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的掺Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
9、最后降温至650℃-680℃，保温20min-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
传统方法制作的LED亮度和光效是有限的，市场上对LED亮度和光效的需求与日俱增，因此，如何生长发光效率更高的LED外延片日益受到重视。
发明内容
有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种提高LED发光效率的外延生长方法，在传统生长方法基础上加入应力释放层的生长，即InN/GaN/Si3N4超晶格层的生长，有利于提升LED的发光效率。
为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：
一种提高LED发光效率的外延生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温缓冲层GaN、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长发光层、生长P型AlGaN层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，其特征在于，
在所述生长掺杂Si的N型GaN层之后、所述生长发光层之前，还包括生长应力释放层，
所述生长应力释放层，进一步为：
保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、40sccm-50sccm的TMGa、10sccm-13sccm的SiH4、2000sccm-2500sccm的TMIn、130L/min-140L/min的N2，周期性生长InN/GaN/Si3N4超晶格层，进一步为：
保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、40sccm-50sccm的TMGa、10sccm-13sccm的SiH4、130L/min-140L/min的N2，生长50nm-70nm掺杂Si的GaN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3；
保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、10sccm-13sccm的SiH4、2000sccm-2500sccm的TMIn、130L/min-140L/min的N2，生长5nm-8nm掺杂Si的InN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3；
保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、10sccm的SiH4，生长10nm-15nm的Si3N4层。
优选地，其中：
所述处理衬底，进一步为：在1000℃-1100℃的H2气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底8min-10min。
优选地，其中：
所述生长低温缓冲层GaN，进一步为：
降温至500℃-600℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为10000sccm-20000sccm的NH3、50sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-40nm的低温缓冲层GaN。
优选地，其中：
所述生长不掺杂GaN层，进一步为：
升高温度到1000℃-1200℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、持续生长2μm-4μm的不掺杂GaN层。
优选地，其中：
所述生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、20sccm-50sccm的SiH4，持续生长3μm-4μm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3；
保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、2sccm-10sccm的SiH4，持续生长200nm-400nm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E18atoms/cm3-1E19atoms/cm3。
优选地，其中：
所述生长发光层，进一步为：
保持反应腔压力300mbar-400mbar、温度700℃-750℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-40sccm的TMGa、1500sccm-2000sccm的TMIn、100L/min-130L/min的N2，生长掺杂In的2.5nm-3.5nm的InxGa(1-x)N层，x＝0.20-0.25，发光波长450nm-455nm；
接着升高温度至750℃-850℃，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的N2，生长8nm-15nm的GaN层；
重复InxGa(1-x)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为7-15个。
优选地，其中：
所述生长P型AlGaN层，进一步为：
保持反应腔压力200mbar-400mbar、温度900℃-950℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、30sccm-60sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、100sccm-130sccm的TMAl、1000sccm-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
优选地，其中：
所述生长掺Mg的P型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力400mbar-900mbar、温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的掺Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
优选地，其中：
所述降温冷却，进一步为：降温至650℃-680℃，保温20min-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
与现有技术相比，本申请所述的方法，达到了如下效果：
第一、本发明提高LED发光效率的外延生长方法中，引入了应力释放层，即InN/GaN/Si3N4超晶格层，有效释放了生长的发光层内部的应力，提高了生长发光层的步骤中空穴和电子的复合效率，提高了内部量子效率。
第二、本发明提高LED发光效率的外延生长方法中，引入InN/GaN/Si3N4超晶格层，使得生长掺杂Si的N型GaN层中，nGaN晶格常数逐步放大，通过该超晶格单元生长后，InN/GaN/Si3N4超晶格层常数接近于InGaN/GaN晶格常数，为InN/GaN/Si3N4超晶格层的和发光层的生长创造很好的条件。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1和实施例2中LED外延层的结构示意图；
图2为背景技术和对比实施例1中LED外延层的结构示意图；
其中，1、衬底，2、缓冲层GaN，3、U型GaN，4、掺杂Si的GaN，5、Si3N4，6、掺杂Si的GaN，7、掺杂Si的InN，8、InN，9、InxGa(1-x)N，10、P型AlGaN，11、高温P型GaN，567、应力释放层，89、发光层。
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申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
实施例1
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)，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。具体生长方式如下(外延结构请参考图1)：
本发明提供一种提高LED发光效率的外延生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温缓冲层GaN、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长发光层、生长P型AlGaN层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，
在所述生长掺杂Si的N型GaN层之后、所述生长发光层之前，还包括生长应力释放层，
上述生长应力释放层进一步为：
保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、40sccm-50sccm的TMGa、10sccm-13sccm的SiH4、2000sccm-2500sccm的TMIn、130L/min-140L/min的N2，周期性生长InN/GaN/Si3N4超晶格层，进一步为：
保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、40sccm-50sccm的TMGa、10sccm-13sccm的SiH4、130L/min-140L/min的N2，生长50nm-70nm掺杂Si的GaN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3；
保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、10sccm-13sccm的SiH4、2000sccm-2500sccm的TMIn、130L/min-140L/min的N2，生长5nm-8nm掺杂Si的InN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3；
保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、10sccm的SiH4，生长10nm-15nm的Si3N4层。
本专利发明的重点在于引入InN/GaN/Si3N4超晶格层，有效的释放生长的发光层内部的应力，提高发光层空穴和电子的复合效率，提高内部量子效率；InN/GaN/Si3N4超晶格层的引入让nGaN晶格常数逐步放大，通过该超晶格单元生长后，InN/GaN/Si3N4超晶格层的晶格常数接近于InGaN/GaN晶格常数，为后续的生长创造很好的条件。
实施例2
本实施例运用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)，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。具体生长方式如下(外延结构请参考图1)：
1、在1000℃-1100℃的H2气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底8min-10min。
2、降温至500℃-600℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为10000sccm-20000sccm的NH3、50sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-40nm的低温缓冲层GaN。
3、升高温度到1000℃-1200℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、持续生长2μm-4μm的不掺杂GaN层。
4、保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、20sccm-50sccm的SiH4，持续生长3μm-4μm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3(备注：1E20代表10的20次方也就是10^20,以此类推)。
5、保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、2sccm-10sccm的SiH4，持续生长200nm-400nm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E18atoms/cm3-1E19atoms/cm3。
6.1、(1)保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、40sccm-50sccm的TMGa、10sccm-13sccm的SiH4、130L/min-140L/min的N2，生长50nm-70nm掺杂Si的GaN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3；(2)保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、10sccm-13sccm的SiH4、2000sccm-2500sccm的TMIn、130L/min-140L/min的N2，生长5nm-8nm掺杂Si的InN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3；(3)保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为30000sccm-40000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、10sccm的SiH4，生长10nm-15nm的Si3N4层。
6.2、保持反应腔压力300mbar-400mbar、温度700℃-750℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-40sccm的TMGa、1500sccm-2000sccm的TMIn、100L/min-130L/min的N2，生长掺杂In的2.5nm-3.5nm的InxGa(1-x)N层，x＝0.20-0.25，发光波长450nm-455nm；接着升高温度至750℃-850℃，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的N2，生长8nm-15nm的GaN层；重复InxGa(1-x)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为7-15个。
7、保持反应腔压力200mbar-400mbar、温度900℃-950℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、30sccm-60sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、100sccm-130sccm的TMAl、1000sccm-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
8、保持反应腔压力400mbar-900mbar、温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的掺Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
9、降温至650℃-680℃，保温20min-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
本专利发明的重点在于6.1步引入InN/GaN/Si3N4超晶格层，有效的释放6.2步生长的发光层内部的应力，提高6.2步的空穴和电子的复合效率，提高内部量子效率；InN/GaN/Si3N4超晶格层的引入让第5步nGaN晶格常数逐步放大，通过该超晶格单元生长后，InN/GaN/Si3N4超晶格层的晶格常数接近于InGaN/GaN晶格常数，为第六步生长创造很好的条件。
实施例3
以下提供对比实施例1，即传统LED外延层的生长方法。
传统LED外延层的生长方法为(外延层结构参见图2)：
1、在1000℃-1100℃的H2气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底8min-10min。
2、降温至500-600℃下，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为10000sccm-20000sccm的NH3、50sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-40nm的低温缓冲层GaN。
3、升高温度到1000℃-1200℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm(sccm为标准毫升每分钟)的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、持续生长2μm-4μm的不掺杂GaN层。
4、保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、20sccm-50sccm的SiH4，持续生长3μm-4μm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3(5E19代表5的19次方，也就是519，1E20代表1020，以下表示方式以此类推)。
5、保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、2sccm-10sccm的SiH4，持续生长200nm-400nm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E18atoms/cm3-1E19atoms/cm3。
6、保持反应腔压力300mbar-400mbar、温度700℃-750℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-40sccm的TMGa、1500sccm-2000sccm的TMIn、100L/min-130L/min的N2，生长掺杂In的2.5nm-3.5nm的InxGa(1-x)N层，x＝0.20-0.25，发光波长450nm-455nm；接着升高温度至750℃-850℃，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的N2，生长8nm-15nm的GaN层；重复InxGa(1-x)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为7-15个。
7、保持反应腔压力200mbar-400mbar、温度900℃-950℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、30sccm-60sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、100sccm-130sccm的TMAl、1000sccm-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
8、保持反应腔压力400mbar-900mbar、温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的掺Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
9、最后降温至650℃-680℃，保温20min-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
根据传统的LED的生长方法(对比实施例1的方法)制备样品1，根据本专利描述的方法制备样品2；样品1和样品2外延生长方法参数不同点在于本发明生长应力释放层的生长条件不一样：生长其它外延层生长条件完全一样(请参考表1)；样品1和样品2在XRD设备上测量发光层102面半高宽，请参考表2。
接着，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。以下表1为产品电性能参数的对比表，表2为样品1、2外延片XRD参数的比较表。
表1样品1、2产品电性参数的比较
表2样品1、2外延片XRD参数的测定
结合表1和表2的数据可得出以下结论：
将积分球获得的数据进行分析对比，请参考表1和表2。样品2与样品1相比，发光层晶体质量编号，测试数据亮度提升，其他LED电性参数也有所改善。实验数据证明了专利方案能提升LED产品晶体质量、增加LED发光效率的可行性。
通过以上各实施例可知，本申请存在的有益效果是：
第一、本发明提高LED发光效率的外延生长方法中，引入了应力释放层，即InN/GaN/Si3N4超晶格层，有效释放了生长的发光层内部的应力，提高了生长发光层的步骤中空穴和电子的复合效率，提高了内部量子效率。
第二、本发明提高LED发光效率的外延生长方法中，引入InN/GaN/Si3N4超晶格层，使得生长掺杂Si的N型GaN层中，nGaN晶格常数逐步放大，通过该超晶格单元生长后，InN/GaN/Si3N4超晶格层常数接近于InGaN/GaN晶格常数，为InN/GaN/Si3N4超晶格层的和发光层的生长创造很好的条件。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请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申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种提高LED发光效率的外延生长方法，依次包括：处理衬底、生长低温缓冲层GaN、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长发光层、生长P型AlGaN层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，其特征在于，
在所述生长掺杂Si的N型GaN层之后、所述生长发光层之前，还包括生长应力释放层，
所述生长应力释放层，进一步为：
保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、40sccm-50sccm的TMGa、10sccm-13sccm的SiH4、2000sccm-2500sccm的TMIn、130L/min-140L/min的N2，周期性生长InN/GaN/Si3N4超晶格层，进一步为：
保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、40sccm-50sccm的TMGa、10sccm-13sccm的SiH4、130L/min-140L/min的N2，生长50nm-70nm掺杂Si的GaN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3；
保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、10sccm-13sccm的SiH4、2000sccm-2500sccm的TMIn、130L/min-140L/min的N2，生长5nm-8nm掺杂Si的InN层，Si的掺杂浓度为5E18atoms/cm3-8E18atoms/cm3；
保持反应腔压力400mbar-500mbar，温度850℃-950℃，通入流量为70000sccm-80000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、10sccm的SiH4，生长10nm-15nm的Si3N4层。
2.根据权利要求1所述提高LED发光效率的外延生长方法，其特征在于，
所述处理衬底，进一步为：在1000℃-1100℃的H2气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底8min-10min。
3.根据权利要求1所述提高LED发光效率的外延生长方法，其特征在于，
所述生长低温缓冲层GaN，进一步为：
降温至500℃-600℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为10000sccm-20000sccm的NH3、50sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、在蓝宝石衬底上生长厚度为20nm-40nm的低温缓冲层GaN。
4.根据权利要求1所述提高LED发光效率的外延生长方法，其特征在于，
所述生长不掺杂GaN层，进一步为：
升高温度到1000℃-1200℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、持续生长2μm-4μm的不掺杂GaN层。
5.根据权利要求1所述提高LED发光效率的外延生长方法，其特征在于，
所述生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、20sccm-50sccm的SiH4，持续生长3μm-4μm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3；
保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、2sccm-10sccm的SiH4，持续生长200nm-400nm掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E18atoms/cm3-1E19atoms/cm3。
6.根据权利要求1所述提高LED发光效率的外延生长方法，其特征在于，
所述生长发光层，进一步为：
保持反应腔压力300mbar-400mbar、温度700℃-750℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-40sccm的TMGa、1500sccm-2000sccm的TMIn、100L/min-130L/min的N2，生长掺杂In的2.5nm-3.5nm的InxGa(1-x)N层，x＝0.20-0.25，发光波长450nm-455nm；
接着升高温度至750℃-850℃，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的N2，生长8nm-15nm的GaN层；
重复InxGa(1-x)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，控制周期数为7-15个。
7.根据权利要求1所述提高LED发光效率的外延生长方法，其特征在于，
所述生长P型AlGaN层，进一步为：
保持反应腔压力200mbar-400mbar、温度900℃-950℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、30sccm-60sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、100sccm-130sccm的TMAl、1000sccm-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
8.根据权利要求1所述提高LED发光效率的外延生长方法，其特征在于，
所述生长掺Mg的P型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力400mbar-900mbar、温度950℃-1000℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的NH3、20sccm-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-100nm的掺Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm3-1E20atoms/cm3。
9.根据权利要求1～8之任一所述提高LED发光效率的外延生长方法，其特征在于，
所述降温冷却，进一步为：降温至650℃-680℃，保温20min-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106784195A (zh) * 2017-01-11 2017-05-31 湘能华磊光电股份有限公司 一种提高发光二极管品质的外延生长方法
CN106887492A (zh) * 2017-01-12 2017-06-23 华灿光电（浙江）有限公司 一种GaN基发光二极管外延片的制备方法
CN109273567A (zh) * 2018-11-27 2019-01-25 合肥彩虹蓝光科技有限公司 一种发光二极体外延结构的制造方法及其应用
CN109346568A (zh) * 2018-09-29 2019-02-15 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制备方法
CN117712253A (zh) * 2024-02-05 2024-03-15 江西兆驰半导体有限公司 一种深紫外发光二极管及制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105206723A (zh) * 2015-11-03 2015-12-30 湘能华磊光电股份有限公司 一种提高led亮度的外延生长方法
CN105261678A (zh) * 2015-11-03 2016-01-20 湘能华磊光电股份有限公司 一种提高led内量子效率的外延生长方法
CN105350074A (zh) * 2015-11-03 2016-02-24 湘能华磊光电股份有限公司 一种提高led外延晶体质量的外延生长方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105206723A (zh) * 2015-11-03 2015-12-30 湘能华磊光电股份有限公司 一种提高led亮度的外延生长方法
CN105261678A (zh) * 2015-11-03 2016-01-20 湘能华磊光电股份有限公司 一种提高led内量子效率的外延生长方法
CN105350074A (zh) * 2015-11-03 2016-02-24 湘能华磊光电股份有限公司 一种提高led外延晶体质量的外延生长方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106784195A (zh) * 2017-01-11 2017-05-31 湘能华磊光电股份有限公司 一种提高发光二极管品质的外延生长方法
CN106887492A (zh) * 2017-01-12 2017-06-23 华灿光电（浙江）有限公司 一种GaN基发光二极管外延片的制备方法
CN109346568A (zh) * 2018-09-29 2019-02-15 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制备方法
CN109273567A (zh) * 2018-11-27 2019-01-25 合肥彩虹蓝光科技有限公司 一种发光二极体外延结构的制造方法及其应用
CN117712253A (zh) * 2024-02-05 2024-03-15 江西兆驰半导体有限公司 一种深紫外发光二极管及制备方法
CN117712253B (zh) * 2024-02-05 2024-04-19 江西兆驰半导体有限公司 一种深紫外发光二极管及制备方法

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