CN107204391A - 一种led外延生长方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种LED外延生长方法，该LED外延是采用金属化学气相沉积法MOCVD对基底进行处理获得的，该方法包括：将基底进行退火，在基底上依次生长缓冲层、u‑GaN层、n‑GaN层、量子阱层、Al渐变AlGaN层、InGaN:Mg层、In渐变InGaN层、p型AlGaN层和p型GaN层；通过将Al渐变AlGaN层作为第一电子阻挡层，InGaN:Mg层和In渐变InGaN层构成新型电子注入层，p型AlGaN层作为第二电子阻挡层，制备出量子阱区域的空穴注入浓度高，驱动电压低的LED，提高了LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明属于LED技术领域，具体涉及一种LED外延生长方法。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)是一种将电能转化为光能的半导体电子器件。当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光。LED作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性等优点，正在被迅速广泛地得到应用。尤其是在照明领域，大功率芯片是未来LED发展的趋势。
在制作LED芯片技术中，如何提高LED芯片的光效是本领域研究的热点。高光效意味着光功率高、驱动电压低，光功率一定程度上受到P层空穴浓度的限制，驱动电压一定程度上受到P层空穴迁移率的限制。P层注入的空穴浓度增加，量子阱层空穴和电子的复合效率增加，光功率增加，而P层空穴迁移率增加，驱动电压降低。但是传统的生长方法难以提高LED芯片的量子阱区域注入的空穴浓度。
以下提供一种传统LED外延结构生长方法，采用金属化学气相沉积法MOCVD，步骤如下：
(1)将所述基底在1050-1150℃温度下，氢气气氛里进行退火，清洁所述基底表面。
(2)在基底上生长缓冲层；
(3)在缓冲层上生长u-GaN层；
(4)在u-GaN层上生长n-GaN层；
(5)在n-GaN层上生长量子阱层；
(6)在量子阱层上生长p型AlGaN层；
(7)在p型AlGaN层上生长p型GaN层。
由于传统LED外延结构生长方法制备出的LED芯片的量子阱区域空穴注入浓度较低，因此，提供一种LED外延生长方法，提高LED芯片的量子阱区域注入的空穴浓度，进而提高光功率和降低驱动电压，是本技术领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决背景技术中量子阱区域注入的空穴浓度低导致的光功率较低和驱动电压较高的技术问题，本发明公开了一种LED外延生长方法，所述LED外延是采用金属化学气相沉积法MOCVD对基底进行处理获得的，包括如下步骤：
将所述基底在1050-1150℃温度下，氢气气氛里进行退火，清洁所述基底表面；
在所述基底上生长缓冲层；
在所述缓冲层上生长u-GaN层；
在所述u-GaN层上生长n-GaN层；
在所述n-GaN层上生长量子阱层；
在所述量子阱层上生长Al渐变AlGaN层，其中，Al的摩尔组分随着生长逐渐减小；
在所述Al渐变AlGaN层上生长InGaN:Mg层；
在所述InGaN:Mg层上生长In渐变InGaN层；
在所述In渐变InGaN层上生长p型AlGaN层，In的摩尔组分随着生长逐渐增加；
在所述p型AlGaN层上生长p型GaN层。
可选地，所述的LED外延生长方法还包括：在所述基底与所述缓冲层之间生长成核层，进一步为:在通入NH3和TMGa，温度为500-620℃，压力为400-650Torr的条件下，在所述基底上生长厚度为20-40nm的GaN作为所述成核层，所述成核层生长结束后，在通入TMGa，温度为1000-1100℃的条件下对所述成核层退火处理5-10min。
可选地，所述的LED外延生长方法还包括：在所述p型GaN层上生长p型GaN接触层，进一步为：在通入TEGa和CP2Mg，温度为850-1050℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述P型GaN层上生长厚度为5-20nm的所述p型GaN接触层，所述p型GaN接触层的Mg掺杂浓度为1019-1022cm-3。
可选地，在外延生长结束后，对所述LED外延进行退火处理，进一步为：将所述LED外延在温度为650-800℃，氮气氛围下退火处理5-10min，再降至室温。
可选地，所述缓冲层进一步为：所述缓冲层在通入TMGa，温度为900-1050℃，压力为400-650Torr的条件下生长厚度为0.2-1um的GaN作为所述缓冲层。
可选地，所述u-GaN层进一步为：在通入NH3和TMGa，温度为1050-1200℃，压力为100-500Torr的条件下生长的厚度为1-3um的所述u-GaN层。
可选地，所述n-GaN层进一步为：在通入NH3、TMGa和SiH4，温度为1050-1200℃，压力为100-600Torr的条件下生长厚度为2-4um所述n-GaN层，所述n-GaN层的Si掺杂浓度为8×1018-2×1019cm-3。
可选地，所述量子阱层，包括：5-15个周期的交替的InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层和GaN垒层组成的阱垒结构，其中，
所述InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层进一步为：在通入TEGa、TMIn及SiH4，温度为700-800℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为2-5nm的所述InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层；
所述GaN垒层进一步为：在通入TEGa、TMIn和SiH4，温度为800-950℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为8-15nm的所述GaN垒层，所述GaN垒层的Si掺杂浓度为8×1016-6×1017cm-3。
可选地，所述Al渐变AlGaN层进一步为：在通入TMAl和TMGa，生长温度为750-900℃，压力在20-200Torr的条件下生长厚度为10-50nm的所述Al渐变AlGaN层，所述Al渐变AlGaN层的Al的摩尔组分随着生长由20％-10％渐变至5％-0％。
可选地，所述InGaN:Mg层进一步为：在通入TMIn、TMGa及CP2Mg，温度为700-900℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为20-100nm的所述InGaN:Mg层，所述InGaN:Mg层的Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3，In摩尔组分为1-5％。
可选地，所述In渐变InGaN层进一步为：在通入TMIn、TMGa，生长温度范围为700-900℃，生长压力为100-500Torr的条件下生长的厚度为5-20nm的所述In渐变InGaN层，所述In渐变InGaN层的In的摩尔组分随着生长由1％-5％渐变增加至2％-10％。
可选地，所述p型AlGaN层进一步为：在通入TMAl、TMGa和CP2Mg，温度为900-1100℃，压力为20-200Torr的条件下生长的厚度为20-100nm的所述p型AlGaN层，所述p型AlGaN层的Al的摩尔组分为5％-30％，Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3。
可选地，所述p型GaN层进一步为：在通入TMGa和CP2Mg，温度为850-1000℃，压力为100-500Torr的条件下生长的厚度为30-200nm的所述p型GaN层，所述p型AlGaN层的Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3。
与现有技术相比，本申请所述的LED外延生长方法，达到了如下效果：
(1)在量子阱层生长完之后，生长一层Al渐变AlGaN层作为第一电子阻挡层，第一电子阻挡层避免大量电子泄漏至P型层；在Al渐变AlGaN层上生长低温InGaN:Mg层，接着生长In渐变InGaN层，再在In渐变InGaN层生长p型AlGaN层，其中，由InGaN:Mg层和In渐变InGaN层构成新型电子注入层，p型AlGaN层作为第二电子阻挡层，InGaN:Mg通过提高的Mg掺杂浓度来获得高的空穴浓度，而In渐变InGaN层和p型AlGaN层由于AlGaN与InGaN的晶格不匹配，在新型电子注入层与第二电子阻挡层的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，进一步提高量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，提高LED的发光效率；
(2)增加了p型GaN接触层，以降低接触电阻，增加了对LED外延结构的退火处理步骤，增加了量子阱层的空穴的浓度，有助于进一步提高LED的光效率，降低驱动电压；
(3)在基底与缓冲层之间增加了成核层，成核层有利于形成高性能的缓冲层。
当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
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为现有技术的LED外延结构示意图；
图2为现有技术的LED外延生长方法；
图3为实施例1中的LED外延结构示意图；
图4为实施例1中的LED外延生长方法的流程图；
图5为实施例2中的LED外延结构示意图；
图6为实施例2中的LED外延生长方法的流程图；
图7为实施例3中的LED外延结构示意图；
图8为实施例3中的LED外延生长方法的流程图；
图9为尺寸为30mil×30mil的样品1和样品2的亮度分布图；
图10为尺寸为30mil×30mil的样品1和样品2的电压分布图。
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。
另外，本说明书并没有将权利要求书公开的构件和方法步骤限定于实施方式的构件和方法步骤。特别是，在实施方式中记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其结构顺序和邻接顺序以及制造方法等只要没有具体的限定，就仅作为说明例，而不是将本发明的范围限定于此。附图中所示的结构部件的大小和位置关系是为了清楚地进行说明而放大示出。
以下结合附图对本申请作进一步详细说明，但不作为对本申请的限定。
图1为现有技术的LED外延结构示意图。请参见图1，现有技术的LED外延结构，包括：依次位于基底101上方的缓冲层102、u-GaN层103、n-GaN层104、量子阱层105、p型AlGaN层106和p型GaN层107。其中，所述基底101为蓝宝石基底。
图2为现有技术的LED外延生长方法。请参见图2，现有技术的LED外延生长方法，采用金属化学气相沉积法MOCVD，包括如下步骤：
步骤S201：对基底进行退火处理
具体地，将所述基底在1050-1150℃温度下，氢气气氛里进行退火，清洁所述基底表面。
步骤S202：在基底上生长缓冲层
具体地，在通入TMGa，温度为900-1050℃，压力为400-650Torr的条件下生长厚度为0.2-1um的GaN作为所述缓冲层。
步骤S203：在缓冲层上生长u-GaN层
具体地，在通入NH3和TMGa，温度为1050-1200℃，压力为100-500Torr的条件下在所述缓冲层上生长的厚度为1-3um的所述u-GaN层。
步骤S204：在u-GaN层上生长n-GaN层
具体地，在通入NH3、TMGa和SiH4，温度为1050-1200℃，压力为100-600Torr的条件下在所述u-GaN层上生长厚度为2-4um所述n-GaN层，所述n-GaN层的Si掺杂浓度为8×1018-2×1019cm-3。
步骤S205：在n-GaN层上生长量子阱层
具体地，所述量子阱层，包括：5-15个周期的交替的InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层和GaN垒层组成的阱垒结构，其中，
所述InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层进一步为：在通入TEGa、TMIn及SiH4，温度为700-800℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为2-5nm的所述InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层；
所述GaN垒层进一步为：在通入TEGa、TMIn和SiH4，温度为800-950℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为8-15nm的所述GaN垒层，所述GaN垒层的Si掺杂浓度为8×1016-6×1017cm-3。
步骤S206：在量子阱层上生长p型AlGaN层；
具体地，在通入TMAl、TMGa和CP2Mg，温度为900-1100℃，压力为20-200Torr的条件下，在所述量子阱层上生长的厚度为20-100nm的所述p型AlGaN层，所述p型AlGaN层的Al的摩尔组分为5％-30％，Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3。
步骤S207：在p型AlGaN层上生长p型GaN层
具体地，在通入TMGa和CP2Mg，温度为850-1000℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述p型AlGaN层上生长的厚度为30-200nm的所述p型GaN层，所述p型AlGaN层的Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3。
可选地，该方法还包括：在所述p型GaN层上生长p型GaN接触层，进一步为：在通入TEGa和CP2Mg，温度为850-1050℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述P型GaN层上生长厚度为5-20nm的所述p型GaN接触层，所述p型GaN接触层的Mg掺杂浓度为1019-1022cm-3。
可选地，在外延生长结束后，对所述LED外延进行退火处理，进一步为：将所述LED外延在温度为650-800℃，氮气氛围下退火处理5-10min，再降至室温。
外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
实施例1
图3是本实施例的LED外延结构示意图。请参见图3，本实施例提供了一种LED外延结构，包括：依次位于基底301上方的缓冲层302、u-GaN层303、n-GaN层304、量子阱层305、Al渐变AlGaN层306、InGaN:Mg层307、In渐变InGaN层308、p型AlGaN层309和p型GaN层310。其中，所述基底301为蓝宝石基底。
图4为本实施例中的LED外延生长方法的流程图。请参见图4，本实施例提供的LED外延生长方法，所述LED外延是采用金属化学气相沉积法MOCVD对基底进行处理获得的，包括如下步骤：
步骤S401：对基底进行退火处理
具体地，将所述基底在1050-1150℃温度下，氢气气氛里进行退火，清洁所述基底表面。
步骤S402：在基底上生长缓冲层
具体地，在通入TMGa，温度为900-1050℃，压力为400-650Torr的条件下，在所述基底上生长厚度为0.2-1um的GaN作为所述缓冲层。
步骤S403：在缓冲层上生长u-GaN层
具体地，在通入NH3和TMGa，温度为1050-1200℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述缓冲层上生长的厚度为1-3um的非掺杂的所述u-GaN层。
步骤S404：在u-GaN层上生长n-GaN层
具体地，在通入NH3、TMGa和SiH4，温度为1050-1200℃，压力为100-600Torr的条件下，在所述u-GaN层上生长厚度为2-4um所述n-GaN层，所述n-GaN层的Si掺杂浓度为8×1018-2×1019cm-3。
步骤S405：在n-GaN层上生长量子阱层
具体地，所述量子阱层，包括：5-15个周期的交替的InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层和GaN垒层组成的阱垒结构，其中，
所述InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层进一步为：在通入TEGa、TMIn及SiH4，温度为700-800℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为2-5nm的所述InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层；
所述GaN垒层进一步为：在通入TEGa、TMIn和SiH4，温度为800-950℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为8-15nm的所述GaN垒层，所述GaN垒层的Si掺杂浓度为8×1016-6×1017cm-3。
步骤S406：在量子阱层上生长Al渐变AlGaN层
具体地，在通入TMAl和TMGa，生长温度为750-900℃，压力在20-200Torr的条件下在，所述量子阱层上生长厚度为10-50nm的所述Al渐变AlGaN层，所述Al渐变AlGaN层的Al的摩尔组分随着生长由20％-10％渐变至5％-0％。
步骤S407：在Al渐变AlGaN层上生长InGaN:Mg层
具体地，在通入TMIn、TMGa及CP2Mg，温度为700-900℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述Al渐变AlGaN层上生长厚度为20-100nm的所述InGaN:Mg层，所述InGaN:Mg层的Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3，In摩尔组分为1-5％。
步骤S408：在InGaN:Mg层上生长In渐变InGaN层
具体地，在通入TMIn、TMGa，生长温度范围为700-900℃，生长压力为100-500Torr的条件下，在所述InGaN:Mg层上生长的厚度为5-20nm的所述In渐变InGaN层，所述In渐变InGaN层的In的摩尔组分随着生长由1％-5％渐变增加至2％-10％。
步骤S409：在In渐变InGaN层上生长p型AlGaN层
具体地，在通入TMAl、TMGa和CP2Mg，温度为900-1100℃，压力为20-200Torr的条件下，在所述In渐变InGaN层上生长的厚度为20-100nm的所述p型AlGaN层，所述p型AlGaN层的Al的摩尔组分为5％-30％，Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3。
步骤S410：在p型AlGaN层生长p型GaN层
具体地，在通入TMGa和CP2Mg，温度为850-1000℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述p型AlGaN层上生长的厚度为30-200nm的所述p型GaN层，所述p型AlGaN层的Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3。
本实施例提供的LED外延生长方法，在传统的量子阱层生长完之后，生长一层Al渐变AlGaN层作为第一电子阻挡层，第一电子阻挡层避免大量电子泄漏至p型AlGaN；在Al渐变AlGaN层上生长低温InGaN:Mg层，接着生长In渐变InGaN层，再在In渐变InGaN层生长p型AlGaN层，其中，由InGaN:Mg层和In渐变InGaN层构成新型电子注入层，p型AlGaN层作为第二电子阻挡层，InGaN:Mg通过提高的Mg掺杂浓度来获得高的空穴浓度，而In渐变InGaN层和p型AlGaN层由于AlGaN与InGaN的晶格不匹配，在新型电子注入层与第二电子阻挡层的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，进一步提高量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，提高LED的发光效率。
实施例2
图5是本实施例的LED外延结构示意图。请参见图5，本实施例提供了一种LED外延结构，包括：依次位于基底501上方的缓冲层502、u-GaN层503、n-GaN层504、量子阱层505、Al渐变AlGaN层506、InGaN:Mg层507、In渐变InGaN层508、p型AlGaN层509、p型GaN层510及p型GaN层接触层511。其中，所述基底501为(0001)面蓝宝石基底。
图6为本实施例中的LED外延生长方法的流程图。请参见图6，本实施例提供的LED外延生长方法，所述LED外延是采用金属化学气相沉积法MOCVD对基底进行处理获得的，包括如下步骤：
步骤S601：对基底进行退火处理
具体地，将所述基底在1050-1150℃温度下，氢气气氛里进行退火，清洁所述基底表面。
步骤S602：在基底上生长缓冲层
具体地，在通入TMGa，温度为900-1050℃，压力为400-650Torr的条件下，在所述基底上生长厚度为0.2-1um的GaN作为所述缓冲层。
步骤S603：在缓冲层上生长u-GaN层
具体地，在通入NH3和TMGa，温度为1050-1200℃，压力为100-500Torr的条件下在所述缓冲层上生长的厚度为1-3um的非掺杂的所述u-GaN层。
步骤S604：在u-GaN层上生长n-GaN层
具体地，在通入NH3、TMGa和SiH4，温度为1050-1200℃，压力为100-600Torr的条件下，在所述u-GaN层上生长厚度为2-4um所述n-GaN层，所述n-GaN层的Si掺杂浓度为8×1018-2×1019cm-3。
步骤S605：在n-GaN层上生长量子阱层
具体地，所述量子阱层，包括：5-15个周期的交替的InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层和GaN垒层组成的阱垒结构，其中，
所述InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层进一步为：在通入TEGa、TMIn及SiH4，温度为700-800℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为2-5nm的所述InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层；
所述GaN垒层进一步为：在通入TEGa、TMIn和SiH4，温度为800-950℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为8-15nm的所述GaN垒层，所述GaN垒层的Si掺杂浓度为8×1016-6×1017cm-3。
步骤S606：在量子阱层上生长Al渐变AlGaN层
具体地，在通入TMAl和TMGa，生长温度为750-900℃，压力在20-200Torr的条件下，在所述量子阱层上生长厚度为10-50nm的所述Al渐变AlGaN层，Al的摩尔组分随着生长由20％-10％渐变至5％-0％。
步骤S607：在Al渐变AlGaN层上生长InGaN:Mg层
具体地，在通入TMIn、TMGa及CP2Mg，温度为700-900℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述Al渐变AlGaN层上生长厚度为20-100nm的所述InGaN:Mg层，所述InGaN:Mg层的Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3，In摩尔组分为1-5％。
步骤S608：在InGaN:Mg层上生长In渐变InGaN层
具体地，在通入TMIn、TMGa，生长温度范围为700-900℃，生长压力为100-500Torr的条件下，在所述InGaN:Mg层上生长的厚度为5-20nm的所述In渐变InGaN层，所述In渐变InGaN层的In的摩尔组分随着生长由1％-5％渐变增加至2％-10％。
步骤S609：在In渐变InGaN层上生长p型AlGaN层
具体地，在通入TMAl、TMGa和CP2Mg，温度为900-1100℃，压力为20-200Torr的条件下，在所述In渐变InGaN层上生长的厚度为20-100nm的所述p型AlGaN层，所述p型AlGaN层的Al的摩尔组分为5％-30％，Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3。
步骤S610：在p型AlGaN层生长p型GaN层
具体地，在通入TMGa和CP2Mg，温度为850-1000℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述p型AlGaN层上生长的厚度为30-200nm的所述p型GaN层，所述p型AlGaN层的Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3。
步骤S611：在p型GaN层上生长p型GaN接触层
具体地，在通入TEGa和CP2Mg，温度为850-1050℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述P型GaN层上生长厚度为5-20nm的所述p型GaN接触层，所述p型GaN接触层的Mg掺杂浓度为1019-1022cm-3。
步骤S612：对LED外延结构进行退火处理
具体地，在外延生长结束后，对所述LED外延进行退火处理，进一步为：将所述LED外延在温度为650-800℃，氮气氛围下退火处理5-10min，再降至室温。
本实施例提供的LED外延生长方法，在传统的量子阱层生长完之后，生长一层Al渐变AlGaN层作为第一电子阻挡层，第一电子阻挡层避免大量电子泄漏至p型AlGaN；在Al渐变AlGaN层上生长低温InGaN:Mg层，接着生长In渐变InGaN层，再在In渐变InGaN层生长p型AlGaN层，其中，由InGaN:Mg层和In渐变InGaN层构成新型电子注入层，p型AlGaN层作为第二电子阻挡层，InGaN:Mg通过提高的Mg掺杂浓度来获得高的空穴浓度，而In渐变InGaN层和p型AlGaN层由于AlGaN与InGaN的晶格不匹配，在新型电子注入层与第二电子阻挡层的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，进一步提高量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，提高LED的发光效率；增加了p型GaN接触层，以降低接触电阻；增加了对LED外延结构的退火处理步骤，增加了量子阱层的空穴的浓度，有助于进一步提高LED的光效率，降低驱动电压。
实施例3
图7是本实施例的LED外延结构示意图。请参见图7，本实施例提供了一种LED外延结构，包括：依次位于基底701上方的成核层702、缓冲层703、u-GaN层704、n-GaN层705、量子阱层706、Al渐变AlGaN层707、InGaN:Mg层708、In渐变InGaN层709、p型AlGaN层710、p型GaN层711及p型GaN层接触层712。其中，所述基底701为(0001)面蓝宝石基底。
图8为本实施例中的LED外延生长方法的流程图。请参见图8，本实施例提供的LED外延生长方法，所述LED外延是采用金属化学气相沉积法MOCVD对基底进行处理获得的，包括如下步骤：
步骤S801：对基底进行退火处理
具体地，将所述基底在1050-1150℃温度下，氢气气氛里进行退火，清洁所述基底表面。
步骤S802：在基底上生长成核层
具体地，在通入NH3和TMGa，温度为500-620℃，压力为400-650Torr的条件下，在所述基底上生长厚度为20-40nm的GaN作为所述成核层，所述成核层生长结束后，在通入TMGa，温度为1000-1100℃的条件下对所述成核层退火处理5-10min。
步骤S803：在成核层上生长缓冲层
具体地，在通入TMGa，温度为900-1050℃，压力为400-650Torr的条件下，在所述成核层上生长厚度为0.2-1um的GaN作为所述缓冲层。
步骤S804：在缓冲层上生长u-GaN层
具体地，在通入NH3和TMGa，温度为1050-1200℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述缓冲层上生长的厚度为1-3um的非掺杂的所述u-GaN层。
步骤S805：在u-GaN层上生长n-GaN层
具体地，在通入NH3、TMGa和SiH4，温度为1050-1200℃，压力为100-600Torr的条件下，在所述u-GaN层上生长厚度为2-4um所述n-GaN层，所述n-GaN层的Si掺杂浓度为8×1018-2×1019cm-3。
步骤S806：在n-GaN层上生长量子阱层
具体地，所述量子阱层，包括：5-15个周期的交替的InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层和GaN垒层组成的阱垒结构，其中，
所述InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层进一步为：在通入TEGa、TMIn及SiH4，温度为700-800℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为2-5nm的所述InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层；
所述GaN垒层进一步为：在通入TEGa、TMIn和SiH4，温度为800-950℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为8-15nm的所述GaN垒层，所述GaN垒层的Si掺杂浓度为8×1016-6×1017cm-3。
步骤S807：在量子阱层上生长Al渐变AlGaN层
具体地，所述Al渐变AlGaN层进一步为：在通入TMAl和TMGa，生长温度为750-900℃，压力在20-200Torr的条件下，在所述量子阱层上生长厚度为10-50nm的所述Al渐变AlGaN层，所述Al渐变AlGaN层Al的摩尔组分随着生长由20％-10％渐变至5％-0％。
步骤S808：在Al渐变AlGaN层上生长InGaN:Mg层
具体地，在通入TMIn、TMGa及CP2Mg，温度为700-900℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述Al渐变AlGaN层上生长厚度为20-100nm的所述InGaN:Mg层，所述InGaN:Mg层的Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3，In摩尔组分为1-5％。
步骤S809：在InGaN:Mg层上生长In渐变InGaN层
具体地，在通入TMIn、TMGa，生长温度范围为700-900℃，生长压力为100-500Torr的条件下，在所述InGaN:Mg层上生长的厚度为5-20nm的所述In渐变InGaN层，所述In渐变InGaN层的In的摩尔组分随着生长由1％-5％渐变增加至2％-10％。
步骤S810：在In渐变InGaN层上生长p型AlGaN层
具体地，在通入TMAl、TMGa和CP2Mg，温度为900-1100℃，压力为20-200Torr的条件下，在所述In渐变InGaN层上生长的厚度为20-100nm的所述p型AlGaN层，所述p型AlGaN层的Al的摩尔组分为5％-30％，Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3。
步骤S811：在p型AlGaN层生长p型GaN层
具体地，在通入TMGa和CP2Mg，温度为850-1000℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述p型AlGaN层上生长的厚度为30-200nm的所述p型GaN层，所述p型AlGaN层的Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3。
步骤S812：在p型GaN层上生长p型GaN接触层
具体地，在通入TEGa和CP2Mg，温度为850-1050℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述P型GaN层上生长厚度为5-20nm的所述p型GaN接触层，所述p型GaN接触层的Mg掺杂浓度为1019-1022cm-3。
步骤S813：对LED外延结构进行退火处理
具体地，在外延生长结束后，对所述LED外延进行退火处理，进一步为：将所述LED外延在温度为650-800℃，氮气氛围下退火处理5-10min，再降至室温。
外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等后续半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
本实施例提供的LED外延生长方法，在传统的量子阱层生长完之后，生长一层Al渐变AlGaN层作为第一电子阻挡层，第一电子阻挡层避免大量电子泄漏至p型AlGaN；在Al渐变AlGaN层上生长低温InGaN:Mg层，接着生长In渐变InGaN层，再在In渐变InGaN层生长p型AlGaN层，其中，由InGaN:Mg层和In渐变InGaN层构成新型电子注入层，p型AlGaN层作为第二电子阻挡层，InGaN:Mg通过提高的Mg掺杂浓度来获得高的空穴浓度，而In渐变InGaN层和p型AlGaN层由于AlGaN与InGaN的晶格不匹配，在新型电子注入层与第二电子阻挡层的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，进一步提高量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，提高LED的发光效率；增加了p型GaN接触层，以降低接触电阻；增加了对LED外延结构的退火处理步骤，增加了量子阱层的空穴的浓度，有助于进一步提高LED的光效率，降低驱动电压；在基底与缓冲层之间增加了成核层，成核层有利于形成高性能的缓冲层。
实施例4
利用传统生长方式和本发明提供的生长方式分别制备样品，制备出的LED芯片的尺寸为30mil×30mil，其中，传统生长方式制备出的为样品1，本发明提供的生长方式制备出的为样品2。样品1和样品2的生长条件如表1所示：
表1：样品1与样品2的生长条件对比表
分别对样品1和样品2的亮度和驱动电压进行测试，结果分别如图9和图10所示。
请参见图9，样品1的亮度为500mW，而样品2的亮度为532mW，可见采用本发明提供的LED外延生长方法，能够大幅提高LED芯片的亮度。
请参见图10，样品1的驱动电压为3.32V，而样品2的驱动电压为3.15V，可见采用本发明提供的LED外延生长方法，能够大幅降低LED芯片的驱动电压。
与现有技术相比，本申请所述的LED外延生长方法，达到了如下效果：
(1)在量子阱层生长完之后，生长一层Al渐变AlGaN层作为第一电子阻挡层，第一电子阻挡层避免大量电子泄漏至P型层；在Al渐变AlGaN层上生长低温InGaN:Mg层，接着生长In渐变InGaN层，再在In渐变InGaN层生长p型AlGaN层，其中，由InGaN:Mg层和In渐变InGaN层构成新型电子注入层，p型AlGaN层作为第二电子阻挡层，InGaN:Mg通过提高的Mg掺杂浓度来获得高的空穴浓度，而In渐变InGaN层和p型AlGaN层由于AlGaN与InGaN的晶格不匹配，在新型电子注入层与第二电子阻挡层的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，进一步提高量子阱区域的空穴注入水平，降低LED的工作电压，提高LED的发光效率；
(2)增加了p型GaN接触层，以降低接触电阻，增加了对LED外延结构的退火处理步骤，增加了量子阱层的空穴的浓度，有助于进一步提高LED的光效率，降低驱动电压；
(3)在基底与缓冲层之间增加了成核层，成核层有利于形成高性能的缓冲层。
当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
由于方法部分已经对本申请实施例进行了详细描述，这里对实施例中涉及的结构与方法对应部分的展开描述省略，不再赘述。对于结构中具体内容的描述可参考方法实施例的内容，这里不再具体限定。
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，并能够在本文所述申请构想范围内，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 (10)
1.一种LED外延生长方法，其特征在于，所述LED外延是采用金属化学气相沉积法MOCVD对基底进行处理获得的，包括：
将所述基底在1050-1150℃温度下，氢气气氛里进行退火，清洁所述基底表面；
在所述基底上生长缓冲层；
在所述缓冲层上生长u-GaN层；
在所述u-GaN层上生长n-GaN层；
在所述n-GaN层上生长量子阱层；
在所述量子阱层上生长Al渐变AlGaN层，其中，Al的摩尔组分随着生长逐渐减小；
在所述Al渐变AlGaN层上生长InGaN:Mg层；
在所述InGaN:Mg层上生长In渐变InGaN层，In的摩尔组分随着生长逐渐增加；
在所述In渐变InGaN层上生长p型AlGaN层；
在所述p型AlGaN层上生长p型GaN层。
2.根据权利要求1所述的LED外延生长方法，其特征在于，还包括：在所述基底与所述缓冲层之间生长成核层，进一步为:在通入NH3和TMGa，温度为500-620℃，压力为400-650Torr的条件下，在所述基底上生长厚度为20-40nm的GaN作为所述成核层，所述成核层生长结束后，在通入TMGa，温度为1000-1100℃的条件下对所述成核层退火处理5-10min。
3.根据权利要求1所述的LED外延生长方法，其特征在于，还包括：在所述p型GaN层上生长p型GaN接触层，进一步为：在通入TEGa和CP2Mg，温度为850-1050℃，压力为100-500Torr的条件下，在所述P型GaN层上生长厚度为5-20nm的所述p型GaN接触层，所述p型GaN接触层的Mg掺杂浓度为1019-1022cm-3。
4.根据权利要求1所述的LED外延生长方法，其特征在于，所述缓冲层进一步为：在通入TMGa，温度为900-1050℃，压力为400-650Torr的条件下生长厚度为0.2-1um的GaN作为所述缓冲层。
5.根据权利要求1所述的LED外延生长方法，其特征在于，
所述u-GaN层进一步为：在通入NH3和TMGa，温度为1050-1200℃，压力为100-500Torr的条件下生长的厚度为1-3um的所述u-GaN层；
所述n-GaN层进一步为：在通入NH3、TMGa和SiH4，温度为1050-1200℃，压力为100-600Torr的条件下生长厚度为2-4um所述n-GaN层，所述n-GaN层的Si掺杂浓度为8×1018-2×1019cm-3。
6.根据权利要求1所述的LED外延生长方法，其特征在于，所述量子阱层，包括：5-15个周期的交替的InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层和GaN垒层组成的阱垒结构，其中，
所述InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层进一步为：在通入TEGa、TMIn及SiH4，温度为700-800℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为2-5nm的所述InyGa1-yN(y＝0.1-0.3)阱层；
所述GaN垒层进一步为：在通入TEGa、TMIn和SiH4，温度为800-950℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为8-15nm的所述GaN垒层，所述GaN垒层的Si掺杂浓度为8×1016-6×1017cm-3。
7.根据权利要求1所述的LED外延生长方法，其特征在于，所述Al渐变AlGaN层进一步为：在通入TMAl和TMGa，生长温度为750-900℃，压力在20-200Torr的条件下生长厚度为10-50nm的所述Al渐变AlGaN层，所述Al渐变AlGaN层的Al的摩尔组分随着生长由20％-10％渐变至5％-0％。
8.根据权利要求1所述的LED外延生长方法，其特征在于，所述InGaN:Mg层进一步为：在通入TMIn、TMGa及CP2Mg，温度为700-900℃，压力为100-500Torr的条件下生长厚度为20-100nm的所述InGaN:Mg层，所述InGaN:Mg层的Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3，In摩尔组分为1-5％。
9.根据权利要求1所述的LED外延生长方法，其特征在于，所述In渐变InGaN层进一步为：在通入TMIn、TMGa，生长温度范围为700-900℃，生长压力为100-500Torr的条件下生长的厚度为5-20nm的所述In渐变InGaN层，所述In渐变InGaN层的In的摩尔组分随着生长由1％-5％渐变增加至2％-10％。
10.根据权利要求1所述的LED外延生长方法，其特征在于，
所述p型AlGaN层进一步为：在通入TMAl、TMGa和CP2Mg，温度为900-1100℃，压力为20-200Torr的条件下生长的厚度为20-100nm的所述p型AlGaN层，所述p型AlGaN层的Al的摩尔组分为5％-30％，Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3；
所述p型GaN层进一步为：在通入TMGa和CP2Mg，温度为850-1000℃，压力为100-500Torr的条件下生长的厚度为30-200nm的所述p型GaN层，所述p型AlGaN层的Mg掺杂浓度为1018-1021cm-3。
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