CN106684218A - 一种提升发光效率的led外延生长方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种提升发光效率的LED外延生长方法，包括：处理衬底、ZnGaN层、Mg和Si共掺杂GaN层、AlN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长InxGa(1‑x)N/GaN发光层，其中，x＝0.20‑0.25，生长P型AlGaN层、生长掺镁的P型GaN层、降温冷却。本发明提高了外延层空穴浓度和空穴迁移率，提升发光区辐射效率，从而提升了LED的发光效率，尤其大电流注入下功率型LED光效提升更为明显。

Description

一种提升发光效率的LED外延生长方法
技术领域
本发明涉及LED外延生长的技术领域，更具体地，涉及一种提升发光效率的LED外延生长方法。
背景技术
LED作为照明光源与现有传统照明光源相比具有节约能源、寿命长、体积小、发光效率高、无污染、色彩丰富等优点。目前国内生产LED的规模正在逐步扩大，市场上对LED的需求及LED光效的需求与日俱增。
目前LED的量子效率依然不高，LED外延层中空穴浓度低，空穴迁移率低，大电流下出现DROOP效应，即在大电流下LED发光效率下降。如采用传统LED外延生长工艺制备外延片，大电流下DROOP效应严重，导致功率型GaN基LED发光效率降低，影响LED的节能效果。
因此，提供一种光效高的LED外延生长方法是本领域亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种提升发光效率的LED外延生长方法，解决了现有技术中LED外延层中空穴浓度低，空穴迁移率低，LED发光效率低的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种LED外延生长方法，依次包括步骤：处理衬底、生长ZnGaN层、生长Mg和Si共掺杂GaN层、生长AlN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，生长P型AlGaN层、生长掺镁的P型GaN层、降温冷却；x＝0.20-0.25，其中，
生长ZnGaN层，进一步为：
保持反应腔压力为300-400mbar、温度为900-1000℃，同时通入流量为30000-40000sccm的NH3、100-130L/min的N2、50-100sccm的TMGa及100-200sccm的DMZn，其中，Zn掺杂浓度为1E17-1E20atoms/cm3，生长400-500nm的ZnGaN层；
生长Mg和Si共掺杂GaN层，进一步为：
保持反应腔压力400mbar-500mbar、保持温度1000℃-1070℃，同时通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、100L/min-130L/min的N2、2000sccm-3000sccm的TMGa、10-20sccm的Cp2Mg、20-40sccm的SiH4，生长厚度为30nm-40nm的Mg和Si共掺杂GaN层，Mg的掺杂浓度4E15-4E17atom/cm3，Si的掺杂浓度6E13-6E16atom/cm3；
生长AlN层，进一步为：
保持反应腔压力为600-700mbar、温度为1000-1200℃，同时通入流量为30000-60000sccm的H2、100-130L/min的N2、50-100sccm的TMAl，生长800-900nm的AlN层。
进一步地，其中，处理衬底，进一步为：
向放置有衬底的金属有机化学气相沉积系统的反应腔内，同时通入流量为10000-20000sccm的NH3、100-130L/min的H2，升高温度至900-1000℃，在反应腔压力为100-200mbar的条件下，处理所述衬底。
进一步地，其中，生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：通入NH3、TMGa、H2及SiH4持续生长掺杂Si的N型GaN层。
进一步地，其中，生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，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的掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3。
进一步地，其中，生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，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的第一掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3；
保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，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的第二掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E17-1E18atom/cm3。
进一步地，其中，生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，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的第一掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3；
保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，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的第二掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E17-1E18atom/cm3；
保持反应腔压力为300-400mbar、温度为750-850℃，通入流量为30000-60000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、100-130L/min的N2、2-10sccm的SiH4持续生长50-100nm的第三掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度1E18-5E18atom/cm3。
进一步地，其中，生长Inx1Ga(1-x1)N/GaN发光层，进一步为：
保持反应腔压力为300-400mbar、温度为700-750℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、1500-2000sccm的TMIn及100-130L/min的N2的条件下，生长2.5-3.5nm掺杂In的Inx1Ga(1-x1)N层，其中，x1＝0.20-0.25，发光波长为450-455nm；
升高温度至750-850℃，保持反应腔压力为300-400mbar，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa及100-130L/min的N2的条件下，生长8-15nm的发光GaN层；重复交替生长Inx1Ga(1-x1)N层和发光GaN层，得到Inx1Ga(1-x1)N/GaN发光层，其中，Inx1Ga(1-x1)N层和发光GaN层的交替生长周期数为7-15。
进一步地，其中，生长P型AlGaN层，进一步为：
保持反应腔压力为200-400mbar、温度为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，其中，Al掺杂浓度1E20-3E20atom/cm3，Mg掺杂浓度1E19-1E20atom/cm3。
进一步地，其中，生长掺镁的P型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力为400-900mbar、温度为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的掺镁的P型GaN层，其中，Mg掺杂浓度1E19-1E20atom/cm3。
进一步地，其中，降温冷却，进一步为：
降温至650-680℃后，保温20-30min，关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却得到发光二极管。
与现有技术相比，本发明的提升发光效率的LED外延生长方法，实现了如下的有益效果：
(1)本发明通过在衬底上生长ZnGaN层、Mg和Si共掺杂GaN层、AlN层结构，Mg和Si共掺杂GaN层一方面很好抑制电子泄露出量子阱发光区，还能有效推动空穴注入量子阱发光区，提高空穴浓度，提高空穴迁移率，提升量子阱发光区的电子空穴对，提高发光辐射效率，从而提升发光效率；另一方面ZnGaN层、Mg和Si共掺杂GaN层组成P型电容式结构，对高压静电的冲击起到了分散、缓冲的作用，从而提高GaN基LED器件的抗静电能力。
(2)本发明ZnGaN层、Mg和Si共掺杂GaN层、AlN层结构利用AlN与GaN的晶格不匹配，在界面处产生二维空穴气，借助二维空穴气，提高空穴横向扩展效率，实现LED在大电流注入下发光效率的提高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1为利用现有常规技术制备得到的传统LED的结构示意图；
图2为利用本发明方法制备得到的LED的结构示意图；
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
实施例1
如图2所示，为本实施例所述的提升LED发光效率的外延生长方法的LED结构示意图，本实施例所述的方法解决了现有技术中LED外延层中空穴浓度低，空穴迁移率低，LED发光效率低的技术问题。
在本实施例中，运用MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)来生长高亮度GaN基的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)、三乙基镓(TEGa)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)，二甲基锌(DMZn)作为锌源，衬底蓝宝石衬底，反应压力在70mbar到900mbar之间，具体包括如下步骤：
步骤301、处理蓝宝石图形化衬底。
步骤302、生长ZnGaN层，进一步为：
保持反应腔压力为300-400mbar、温度为900-1000℃，同时通入流量为30000-40000sccm的NH3、100-130L/min的N2、50-100sccm的TMGa及100-200sccm的DMZn，其中，Zn掺杂浓度为1E17-1E20atoms/cm3，生长400-500nm的ZnGaN层。
步骤303、生长Mg和Si共掺杂GaN层，进一步为：
保持反应腔压力400mbar-500mbar、保持温度1000℃-1070℃，同时通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、100L/min-130L/min的N2、2000sccm-3000sccm的TMGa、10-20sccm的Cp2Mg、20-40sccm的SiH4，生长厚度为30nm-40nm的Mg和Si共掺杂GaN层，Mg的掺杂浓度4E15-4E17atom/cm3，Si的掺杂浓度6E13-6E16atom/cm3。
步骤304、生长AlN层，进一步为：
保持反应腔压力为600-700mbar、温度为1000-1200℃，同时通入流量为30000-60000sccm的H2、100-130L/min的N2、50-100sccm的TMAl，生长800-900nm的AlN层。
步骤305、生长掺杂Si的N型GaN层。
步骤306、生长Inx1Ga(1-x1)N/GaN发光层，其中，x1＝0.20-0.25。
步骤307、生长P型AlGaN层。
步骤308、生长掺镁的P型GaN层。
步骤309、降温冷却。
目前LED的内部量子效率依然不高，大电流下出现DROOP效应，即在大电流下LED发光效率下降。如采用传统LED外延生长工艺制备外延片，外延层空穴浓度低，空穴迁移率低，LED发光效率不高，尤其在大电流注入下，DROOP效应严重，导致功率型GaN基LED发光效率降低，影响LED的节能效果。本实施例在蓝宝石图形化衬底上生长ZnGaN层、Mg和Si共掺杂GaN层、AlN层，提高了外延层中的空穴浓度及空穴迁移率，提升了量子阱发光区空穴和电子复合效率，从而提升了LED的发光效率，尤其大电流注入下光效提升更为明显。
如图2所示，为利用本实施例所述的LED外延生长方法制备得到LED的结构示意图，该LED包括如下结构：衬底401、ZnGaN层402、Mg和Si共掺杂GaN层403、AlN层404、掺杂Si的N型GaN层405、InxGa(1-x)N/GaN发光层406、P型AlGaN层407、掺镁的P型GaN层408、ITO层409、SiO2保护层410、N电极411及P电极412。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，描述了本发明整体生长LED外延层的具体内容，LED的结构示意图如图2所示。本实施例所述提升发光效率的LED外延生长方法，包括如下步骤：
步骤501、处理蓝宝石图形化衬底：向放置有衬底的金属有机化学气相沉积系统的反应腔内，同时通入流量为10000-20000sccm的NH3、100-130L/min的H2，升高温度至900-1000℃，在反应腔压力为100-200mbar的条件下，处理所述衬底300s-600s。
步骤502、生长ZnGaN层，进一步为：
保持反应腔压力为300-400mbar、温度为900-1000℃，同时通入流量为30000-40000sccm的NH3、100-130L/min的N2、50-100sccm的TMGa及100-200sccm的DMZn，其中，Zn掺杂浓度为1E17-1E20atoms/cm3，生长400-500nm的ZnGaN层。
步骤503、生长Mg和Si共掺杂GaN层，进一步为：
保持反应腔压力400mbar-500mbar、保持温度1000℃-1070℃，同时通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、100L/min-130L/min的N2、2000sccm-3000sccm的TMGa、10-20sccm的Cp2Mg、20-40sccm的SiH4，生长厚度为30nm-40nm的Mg和Si共掺杂GaN层，Mg的掺杂浓度4E15-4E17atom/cm3，Si的掺杂浓度6E13-6E16atom/cm3。
步骤504、生长AlN层，进一步为：
保持反应腔压力为600-700mbar、温度为1000-1200℃，同时通入流量为30000-60000sccm的H2、100-130L/min的N2、50-100sccm的TMAl，生长800-900nm的AlN层。
步骤505、保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，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的第一掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3。
步骤506、保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，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的第二掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E17-1E18atom/cm3。
步骤507、保持反应腔压力为300-400mbar、温度为750-850℃，通入流量为30000-60000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、100-130L/min的N2、2-10sccm的SiH4持续生长50-100nm的第三掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度1E18-5E18atom/cm3。
步骤508、生长Inx1Ga(1-x1)N/GaN发光层，其中，x1＝0.20-0.25。具体步骤包括：保持反应腔压力为300-400mbar、温度为700-750℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、1500-2000sccm的TMIn及100-130L/min的N2的条件下，生长2.5-3.5nm掺杂In的Inx1Ga(1-x1)N层，其中，x1＝0.20-0.25，发光波长为450-455nm。
升高温度至750-850℃，保持反应腔压力为300-400mbar，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa及100-130L/min的N2的条件下，生长8-15nm的发光GaN层；重复交替生长Inx1Ga(1-x1)N/GaN层和发光GaN层，得到Inx1Ga(1-x1)N/GaN/GaN发光层，其中，Inx1Ga(1-x1)N/GaN层和发光GaN层的交替生长周期数为7-15。
步骤509、生长P型AlGaN层：保持反应腔压力为200-400mbar、温度为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，其中，Al掺杂浓度1E20-3E20atom/cm3，Mg掺杂浓度1E19-1E20atom/cm3。
步骤510、生长掺镁的P型GaN层：保持反应腔压力为400-900mbar、温度为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的掺镁的P型GaN层，其中，Mg掺杂浓度1E19-1E20atom/cm3。
步骤511、降温冷却：降温至650-680℃后，保温20-30min，关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却得到发光二极管。
本实施例所述的提升发光效率的LED外延生长的方法，在衬底上生长ZnGaN层、Mg和Si共掺杂GaN层、AlN层，提高了外延层中的空穴浓度及空穴迁移率，提升了量子阱发光区空穴和电子复合效率，从而提升了LED的发光效率，尤其在大电流注入下光效提升更为明显。
实施例3
以下提供一种常规LED外延生长方法作为本发明的对比实施例。
常规LED外延的生长方法为(外延层结构参见图1)：
步骤101、处理蓝宝石衬底：在1000-1100℃的氢气气氛下，通入100L/min-130L/min的H2，保持反应腔压力为100-300mbar(mbar为气压单位)，处理蓝宝石衬底5-10分钟。
步骤102、生长低温缓冲层GaN：降温至500-600℃，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为10000-20000sccm(sccm备注标准毫升每分钟)的NH3、50-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、在蓝宝石衬底上生长厚度为20-40nm的低温缓冲层GaN。
步骤103、将低温缓冲层GaN腐蚀成不规则岛状：升高温度至1000-1100℃，保持反应腔压力为300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2、保持温度稳定持续300-500s低温将GaN腐蚀成不规则岛状。
步骤104、生长不掺杂的U型GaN层：升高温度到1000-1200℃，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm(sccm备注标准毫升每分钟)的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、持续生长2-4μm的不掺杂GaN。
步骤105、生长第一掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000-60000sccm(sccm备注标准毫升每分钟)的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、20-50sccm的SiH4持续生长3-4μm的第一掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3(备注1E19代表10的19次方也就是10^19，以此类推)。
步骤106、生长第二掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000-60000sccm(sccm备注标准毫升每分钟)的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、2-10sccm的SiH4持续生长200-400nm的第二掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E17-1E18atom/cm3。
步骤107、生长发光层中掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔压力300-400mbar、温度750-850℃通入流量为30000-60000sccm(sccm备注标准毫升每分钟)的NH3、20-40sccm的TMGa、100-130L/min的N2、2-10sccm的SiH4持续生长50-100nm掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度1E18-5E18atom/cm3。
步骤108、生长发光层中的InxGa(1-x)N/GaN层：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(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；然后重复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。
步骤109、生长P型AlGaN层：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1E20-3E20atom/cm3，Mg掺杂浓度1E19-1E20atom/cm3。
步骤110、生长掺镁的P型GaN层：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的掺镁的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E19-1E20atom/cm3。
步骤111、降温、冷却：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。
如图1所示，传统利用现有常规技术外延生长方法制备得到的传统LED，由下至上包括如下结构：基板201、为低温缓冲层GaN层202、U型GaN层203、N型GaN层204、N电极205、发光层206(包括GaN层261和InxGa(1-x)N层262)、掺杂Mg、Al的P型AlGaN层207、高温掺杂Mg的P型GaN层208、ITO层209、SiO2保护层210及P电极211。
在同一机台上，根据传统的LED的生长方法制备得到LED样品1，根据本发明的LED生长方法制备得到样品2；样品1和样品2外延生长方法参数如表1所示。将样品1和样品2同时放入XRD测量设备(X-ray Diffraction，也称X射线衍射仪)内测量GaN层面的数值、发光层面数值，具体参见表2。然后将样品1和样品2在相同的前工艺条件下镀上约150nm厚的ITO层；在相同的条件下镀上约1500nm的Cr/Pt/Au电极；在相同的条件下镀上约100nm厚的保护层SiO2，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，之后在相同位置从样品1和样品2中各自挑选100颗晶粒，在相同的封装工艺下封装成白光LED。再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，结果参见表1。
表1样品1和样品2产品电性参数的比较结果表
表2样品1和样品2外延片XRD参数的测定结果表
根据上述测试结果列表数据分析可知：将积分球获得的数据进行分析对比，表2测试数据表明本发明生长方法的运用使N型GaN的晶体质量得到提升，发光层晶体质量得到提升，对应表1中本发明的LED光效从128m/w提升至144Lm/w，电压下降0.1V，其他参数变好；说明本发明设计的LED外延生长方法得到很好的LED产品。
通过以上各个实施例可知，本发明的提升发光效率的LED外延生长方法，存在的有益效果是：
1)本发明通过在衬底上生长ZnGaN层、Mg和Si共掺杂GaN层、AlN层结构，Mg和Si共掺杂GaN层一方面很好抑制电子泄露出量子阱发光区，还能有效推动空穴注入量子阱发光区，提高空穴浓度，提高空穴迁移率，提升量子阱发光区的电子空穴对，增强发光辐射效率，从而提升发光效率；另一方面ZnGaN层、Mg和Si共掺杂GaN层组成P型电容式结构，对高压静电的冲击起到了分散、缓冲的作用，从而提高GaN基LED器件的抗静电能力。
(2)本发明ZnGaN层、Mg和Si共掺杂GaN层、AlN层结构利用AlN与GaN的晶格不匹配，在界面处产生二维空穴气，借助二维空穴气，提高空穴横向扩展效率，实现LED在大电流注入下发光效率的提高。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种提升发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，依次包括步骤：处理衬底、生长ZnGaN层、生长Mg和Si共掺杂GaN层、生长AlN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长InxGa(1-x)N/GaN发光层、生长P型AlGaN层、生长掺镁的P型GaN层、降温冷却；InxGa(1-x)N/GaN中的x＝0.20-0.25，其中，
生长ZnGaN层，进一步为：
保持反应腔压力为300-400mbar、温度为900-1000℃，同时通入流量为30000-40000sccm的NH3、100-130L/min的N2、50-100sccm的TMGa及100-200sccm的DMZn，其中，Zn掺杂浓度为1E17-1E20atoms/cm3，生长400-500nm的ZnGaN层；
生长Mg和Si共掺杂GaN层，进一步为：
保持反应腔压力400mbar-500mbar、保持温度1000℃-1070℃，同时通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、100L/min-130L/min的N2、2000sccm-3000sccm的TMGa、10-20sccm的Cp2Mg、20-40sccm的SiH4，生长厚度为30nm-40nm的Mg和Si共掺杂GaN层，Mg的掺杂浓度4E15-4E17atom/cm3，Si的掺杂浓度6E13-6E16atom/cm3；
生长AlN层，进一步为：
保持反应腔压力为600-700mbar、温度为1000-1200℃，同时通入流量为30000-60000sccm的H2、100-130L/min的N2、50-100sccm的TMAl，生长800-900nm的AlN层。
2.根据权利要求1所述的一种提升发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，处理衬底，进一步为：
向放置有衬底的金属有机化学气相沉积系统的反应腔内，同时通入流量为10000-20000sccm的NH3、100-130L/min的H2，升高温度至900-1000℃，在反应腔压力为100-200mbar的条件下，处理所述衬底。
3.根据权利要求1所述的一种提升发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：通入NH3、TMGa、H2及SiH4持续生长掺杂Si的N型GaN层。
4.根据权利要求3所述的一种提升发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，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的掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3。
5.根据权利要求4所述的一种提升发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，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的第一掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3；
保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，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的第二掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E17-1E18atom/cm3。
6.根据权利要求5所述的一种提升发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，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的第一掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3；
保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，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的第二掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E17-1E18atom/cm3；
保持反应腔压力为300-400mbar、温度为750-850℃，通入流量为30000-60000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、100-130L/min的N2、2-10sccm的SiH4持续生长50-100nm的第三掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度1E18-5E18atom/cm3。
7.根据权利要求1所述的一种提升发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，生长Inx1Ga(1-x1)N/GaN发光层，进一步为：
保持反应腔压力为300-400mbar、温度为700-750℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、1500-2000sccm的TMIn及100-130L/min的N2的条件下，生长2.5-3.5nm掺杂In的Inx1Ga(1-x1)N层，其中，x1＝0.20-0.25，发光波长为450-455nm；
升高温度至750-850℃，保持反应腔压力为300-400mbar，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa及100-130L/min的N2的条件下，生长8-15nm的发光GaN层；重复交替生长Inx1Ga(1-x1)N层和发光GaN层，得到Inx1Ga(1-x1)N/GaN发光层，其中，Inx1Ga(1-x1)N层和发光GaN层的交替生长周期数为7-15。
8.根据权利要求1所述的一种提升发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，生长P型AlGaN层，进一步为：
保持反应腔压力为200-400mbar、温度为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，其中，Al掺杂浓度1E20-3E20atom/cm3，Mg掺杂浓度1E19-1E20atom/cm3。
9.根据权利要求1所述的一种提升发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，生长掺镁的P型GaN层，进一步为：
保持反应腔压力为400-900mbar、温度为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的掺镁的P型GaN层，其中，Mg掺杂浓度1E19-1E20atom/cm3。
10.根据权利要求1所述的一种提升发光效率的LED外延生长方法，其特征在于，降温冷却，进一步为：
降温至650-680℃后，保温20-30min，关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
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