CN113328015B - 提高亮度的发光二极管芯片制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种提高亮度的发光二极管芯片制作方法，依次包括：处理衬底、生长低温GaN缓冲层、生长非掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长多量子阱层、生长AlGaN电子阻挡层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，其中生长多量子阱层依次包括进行生长MQWs1、生长MQWs2、生长MQWs3的步骤，所述生长MQWs1包括依次生长InGaN‑1阱层和InGaN‑2阱层的步骤，所述生长MQWs2包括生长P型AlGaN/GaN高势垒结构层，所述生长MQWs3包括溅射SiO2/Al2O3薄膜以及生长GaN垒层的步骤。本发明通过采用新的LED量子阱制备方法来提升量子阱质量，从而提高LED的亮度。
Description
技术领域
本发明属于LED技术领域，具体涉及一种提高亮度的发光二极管芯片制作方法。
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LED有电流流过时，LED中的电子与空穴在其多量子阱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、低能耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性和色彩丰富等优点。目前国内生产LED的规模正在逐步扩大，但是LED仍然存在性能低下的问题，影响LED的节能效果。
目前现有的LED多量子阱的生长方法制备的LED外延InGaN/GaN多量子阱质量不高，导致LED的亮度不高，严重阻碍了LED性能的提高，影响LED的节能效果。
综上所述，急需研发新的LED芯片制备方法，解决现有LED多量子阱生长质量不高的问题，从而提高LED的亮度。
发明内容
本发明通过采用新的LED量子阱制备方法来提升量子阱质量，从而提高LED的亮度。
本发明的提高亮度的发光二极管芯片制作方法，依次包括：处理衬底、生长低温GaN缓冲层、生长非掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长多量子阱层、生长AlGaN电子阻挡层、生长掺杂Mg的P型GaN层和降温冷却，
所述生长多量子阱层依次包括：生长MQWs1、生长MQWs2和生长MQWs3；其中，
所述生长MQWs1包括依次生长InGaN-1阱层和InGaN-2阱层，具体为：
保持反应腔压力300-400mbar，反应腔温度为T1，通入NH3、TMGa以及TMIn，生长厚度为D1的InGaN-1阱层；
反应腔压力保持不变，升高反应腔温度至T2，通入NH3、TMGa以及TMIn，在所述InGaN-1阱层上面生长厚度为D2的InGaN-2阱层，其中T2＞T1，T1和T2的范围在860-940℃之间；
所述生长MQWs2包括生长P型AlGaN/GaN高势垒结构层，具体为：
反应腔压力保持不变，反应腔温度控制降低至750-800℃，通入NH3、TMGa、Cp2Mg、H2以及TMAl，在所述InGaN-2阱层上面生长厚度为D3的AlGaN层；
反应腔压力温度保持不变，通入NH3、TMGa及N2，在上述AlGaN层上面生长厚度为D4的GaN层；
所述生长MQWs3包括溅射SiO2/Al2O3薄膜以及生长GaN垒层，具体为：
将已生长所述P型AlGaN/GaN高势垒结构层的芯片从MOCVD反应腔中取出，利用PECVD方法在所述P型AlGaN/GaN高势垒结构层上面沉积厚度为为D5的SiO2层；
将已沉积所述SiO2层的芯片从反应腔中取出，再利用磁控溅射方法在所述SiO2层上面溅射厚度为D6的Al2O3薄膜层；
将已溅射好Al2O3薄膜层的芯片从反应腔中取出，再利用MOCVD方法在所述Al2O3薄膜层上面生长厚度为D7的GaN垒层，其中，D5、D6和D7的范围在3-6nm之间；
其中，D1+D2＝1.2(D5+D6+D7)，D3+D4＝1.1(D5+D6+D7)；
周期性依次进行生长MQWs1、生长MQWs2以及生长MQWs3的步骤，周期数为2-12个。
优选地，所述处理衬底的具体过程为：
在1000℃-1100℃的温度下，通入100-130L/min的H2，保持反应腔压力100-300mbar，处理蓝宝石衬底5-10min。
优选地，所述生长低温GaN缓冲层的具体过程为：
降温至500-600℃，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为10000-20000sccm的NH3、50-100sccm的TMGa及100-130L/min的H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20-40nm的低温GaN缓冲层；
升高温度到1000-1100℃，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3和100-130L/min的H2，保温300-500s，将低温GaN缓冲层腐蚀成不规则岛形。
优选地，所述生长非掺杂GaN层的具体过程为：
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及100-130L/min的H2，持续生长2-4μm的非掺杂GaN层。
优选地，所述生长掺杂Si的GaN层的具体过程为：
保持反应腔压力300-600mbar，保持温度1000-1200℃，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2及20-50sccm的SiH4，持续生长3m-4μm掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E18-5E19atoms/cm3。
优选地，所述生长AlGaN电子阻挡层的具体过程为：
在温度为900-950℃，反应腔压力为200-400mbar，通入50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl、1000-1300sccm的Cp2Mg的条件下，生长所述AlGaN电子阻挡层，所述AlGaN层的厚度为40-60nm，其中，Mg掺杂的浓度为1E19-1E20atoms/cm3。
优选地，所述生长掺杂Mg的P型GaN层的具体过程为：
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及1000-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50-200nm的掺杂Mg的P型GaN层，其中，Mg掺杂浓度1E19-1E20atoms/cm3。
优选地，所述降温冷却的具体过程为：
降温至650-680℃，保温20-30min，关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
相比于传统的生长方法，本发明中的提高亮度的发光二极管芯片制作方法达到了如下效果：
(1)在LED量子阱结构中，由于极化电场的作用，量子阱能带倾斜，电子/空穴波函数交叠量减少，电子-空穴复合几率减少，芯片发光效率下降。为减小以上影响，本发明在量子阱生长过程，控制生长InGaN阱前端的温度低于后段，即控制InGaN-1阱层的生长温度小于InGaN-2阱层的生长温度，在GaN量子势垒和InGaN量子阱界面形成高In区，在能带上减弱量子阱能带的倾斜，使电子和空穴波函数在量子阱中的交叠增加，提高载流子复合效率。此生长工艺可提高芯片亮度约1％。
(2)传统量子阱结构中电子虽被电子阻挡层(EBL)阻挡，但在EBL之前没有高势垒阻挡电子，导致载流子的非有效复合。本发明通过引入P型AlGaN/GaN高势垒结构层，可以提高对电子的阻挡能力，进一步阻止电子的泄露，提高载流子复合效率。此结构设计可提高芯片亮度约1.0％-1.5％。
(3)本发明通过在量子阱中引入SiO2/Al2O3薄膜，由于SiO2/Al2O3薄膜的折射率比GaN折射率更大，从量子阱发出的光在界面更容易发生全发射，可以显著提高LED光提取效率。此结构设计提高芯片亮度2％以上。
(4)本发明将有源区量子阱结构分成三组，其中MQWs1和MQWs2分别是MQWs3厚度的1.2和1.1倍。新的量子阱结构中MQWs1和MQWs2厚度较厚，可以改善低温量子阱生长对量子阱质量的影响，有效减少材料生长缺陷，提高关键发光的MQWs3的晶体质量，此结构比相同势垒厚度量子阱结构的芯片亮度提高1.2％-1.8％。
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为本发明方法制备的LED外延的结构示意图；
图2为现有传统方法制备的LED外延的结构示意图；
其中，1、蓝宝石衬底，2、低温GaN缓冲层，3、非掺杂GaN层，4、N型GaN层，5、多量子阱层，6、AlGaN电子阻挡层，7、P型GaN层，51、InGaN-1阱层，52、InGaN-2阱层，53、AlGaN层，54、GaN层，55、SiO2层，56，Al2O3层，57、GaN垒层。
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。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。
实施例1
本实施例采用本发明提供的提高亮度的发光二极管芯片制作方法，采用MOCVD来生长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)，反应压力在70mbar到600mbar之间。具体生长方式如下(外延结构请参考图1)：
提高亮度的发光二极管芯片制作方法，依次包括：处理蓝宝石衬底1、生长低温GaN缓冲层2、生长非掺杂GaN层3、生长掺杂Si的N型GaN层4、生长多量子阱层5、生长AlGaN电子阻挡层6、生长掺杂Mg的P型GaN层7，降温冷却；其中，
步骤1：处理蓝宝石衬底1。
具体地，所述步骤1，进一步为：
在温度为1000-1100℃，反应腔压力为100-300mbar，通入100-130L/min的H2的条件下，处理蓝宝石衬底5-10分钟。
步骤2：生长低温GaN缓冲层2，并在所述低温GaN缓冲层2形成不规则小岛。
具体地，所述步骤2，进一步为：
在温度为500-600℃，反应腔压力为300-600mbar，通入10000-20000sccm的NH3、50-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2的条件下，在所述蓝宝石衬底1上生长所述低温GaN缓冲层2，所述低温GaN缓冲层2的厚度为20-40nm；
在温度为1000-1100℃、反应腔压力为300-600mbar，通入30000-40000sccm的NH3和100-130L/min的H2的条件下，保温300-500s，在所述低温GaN缓冲层2上形成所述不规则小岛。
步骤3：生长非掺杂GaN层3。
具体地，所述步骤3，进一步为：
在温度为1000-1200℃，反应腔压力为300-600mbar，通入30000-40000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa及100-130L/min的H2的条件下，生长的所述非掺杂GaN层3；所述非掺杂GaN层3的厚度为2-4μm。
步骤4：生长Si掺杂的N型GaN层4。
具体地，所述步骤4，进一步为：
保持反应腔压力300-600mbar，保持温度1000-1200℃，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2及20-50sccm的SiH4，持续生长3-4μm掺杂Si的N型GaN层4，其中，Si掺杂浓度5E18-1E19atoms/cm3。
步骤5：生长多量子阱层5。
所述生长多量子阱层5依次包括：生长MQWs1、生长MQWs2和生长MQWs3；其中，
所述生长MQWs1包括依次生长InGaN-1阱层51和InGaN-2阱层52，具体为：
保持反应腔压力300-400mbar，反应腔温度为T1，通入NH3、TMGa以及TMIn，生长厚度为D1的InGaN-1阱层51；
反应腔压力保持不变，升高反应腔温度至T2，通入NH3、TMGa以及TMIn，在所述InGaN-1阱层51上面生长厚度为D2的InGaN-2阱层52，其中T2＞T1，T1和T2的范围在860-940℃之间；
所述生长MQWs2包括生长P型AlGaN/GaN高势垒结构层，具体为：
反应腔压力保持不变，反应腔温度控制降低至750-800℃，通入NH3、TMGa、Cp2Mg、H2以及TMAl，在所述InGaN-2阱层上面生长厚度为D3的AlGaN层53；
反应腔压力温度保持不变，通入NH3、TMGa及N2，在上述AlGaN层上面生长厚度为D4的GaN层54；
所述生长MQWs3包括溅射SiO2/Al2O3薄膜以及生长GaN垒层57，具体为：
将已生长所述P型AlGaN/GaN高势垒结构层的芯片从MOCVD反应腔中取出，利用PECVD方法在所述P型AlGaN/GaN高势垒结构层上面沉积厚度为为D5的SiO2层55；
将已沉积所述SiO2层的芯片从反应腔中取出，再利用磁控溅射方法在所述SiO2层上面溅射厚度为D6的Al2O3薄膜层56；
将已溅射好Al2O3薄膜56层的芯片从反应腔中取出，再利用MOCVD方法在所述Al2O3薄膜层56上面生长厚度为D7的GaN垒层57，其中，D5、D6、D7的范围在3-6nm之间；
其中，D1+D2＝1.2(D5+D6+D7)，D3+D4＝1.1(D5+D6+D7)；
周期性依次进行生长MQWs1、生长MQWs2以及生长MQWs3的步骤，周期数为2-12个。
步骤6：生长AlGaN电子阻挡层6。
具体地，所述步骤6，进一步为：
在温度为900-950℃，反应腔压力为200-400mbar，通入50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl和1000-1300sccm的Cp2Mg的条件下，生长所述AlGaN电子阻挡层6，所述AlGaN层6的厚度为40-60nm，其中，Mg掺杂的浓度为1E19-1E20atoms/cm3。
步骤7：生长掺杂Mg的P型GaN层7。
具体地，所述步骤7，进一步为：
在温度为950-1000℃，反应腔压力为400-900mbar，通入50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2、1000-3000sccm的Cp2Mg的条件下，生长厚度为50-200nm的掺杂Mg的P型GaN层7，Mg掺杂浓度1E19-1E20atoms/cm3。
步骤8：在温度为650-680℃的条件下保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
实施例2
以下提供对比实施例，即传统LED外延结构的生长方法(外延结构请参考图2)。
步骤1：在温度为1000-1100℃，反应腔压力为100-300mbar，通入100-130L/min的H2的条件下，处理蓝宝石衬底5-10分钟。
步骤2：生长低温GaN缓冲层2，并在所述低温GaN缓冲层2形成不规则小岛。
具体地，所述步骤2，进一步为：
在温度为500-600℃，反应腔压力为300-600mbar，通入10000-20000sccm的NH3、50-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2的条件下，在所述蓝宝石衬底1上生长所述低温GaN缓冲层2，所述低温GaN缓冲层2的厚度为20-40nm；
在温度为1000-1100℃、反应腔压力为300-600mbar，通入30000-40000sccm的NH3、100-130L/min的H2的条件下，保温300-500s，在所述低温GaN缓冲层2上形成所述不规则小岛。
步骤3：生长非掺杂GaN层3。
具体地，所述步骤3，进一步为：
在温度为1000-1200℃，反应腔压力为300-600mbar，通入30000-40000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa及100-130L/min的H2的条件下，生长的所述非掺杂GaN层；所述非掺杂GaN层3的厚度为2-4μm。
步骤4：生长Si掺杂的N型GaN层4。
具体地，所述步骤4，进一步为：
在温度为1000-1200℃，反应腔压力为300-600mbar，通入30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、20-50sccm的SiH4的条件下，生长Si掺杂的N型GaN层4，所述N型GaN层4的厚度为3-4μm，Si掺杂的浓度为5E18-1E19atoms/cm3。
步骤5：生长InGaN/GaN多量子阱层5。
具体地，所述生长多量子阱层5，进一步为：
保持反应腔压力300-400mbar、保持温度720℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、10000-15000sccm的TMIn及100-130L/min的N2，生长掺杂In的厚度为3nm的InGaN阱层51；
升高温度至800℃，保持反应腔压力300-400mbar，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa及100-130L/min的N2，生长10nm的GaN垒层57；
重复交替生长InGaN阱层51和GaN垒层57，得到InGaN/GaN多量子阱发光层，其中，InGaN阱层51和GaN垒层57的交替生长周期数为7-13个。
步骤6：生长AlGaN电子阻挡层6。
具体地，所述步骤6，进一步为：
在温度为900-950℃，反应腔压力为200-400mbar，通入50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl、1000-1300sccm的Cp2Mg的条件下，生长所述AlGaN电子阻挡层6，所述AlGaN层6的厚度为40-60nm，其中，Mg掺杂的浓度为1E19-1E20atoms/cm3。
步骤7：生长掺杂Mg的P型GaN层7。
具体地，所述步骤7，进一步为：
在温度为950-1000℃，反应腔压力为400-900mbar，通入50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2、1000-3000sccm的Cp2Mg的条件下，生长厚度为50-200nm的掺杂Mg的P型GaN层7，Mg掺杂浓度1E19-1E20atoms/cm3。
步骤8：在温度为650-680℃的条件下保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
根据上述实施例1和实施例2分别制得样品1和样品2，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，之后将样品1和样品2在相同位置各自挑选1000颗晶粒，在相同的封装工艺下，封装成白光LED。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和样品2的电性参数比较结果
将积分球获得的数据进行分析对比，从表1中可以看出，本发明提供的LED外延量子阱生长方法制备的LED(样品1)发光效率得到明显提升，并且电压、反向电压、漏电、抗静电能力等其它各项LED电性参数变好，是因为本专利技术方案提升了外延片量子阱质量，从而提高LED的发光效率，并改善其它LED光电性能。
本发明的提高亮度的发光二极管芯片制作方法达到了如下效果：
(1)在LED量子阱结构中，由于极化电场的作用，量子阱能带倾斜，电子/空穴波函数交叠量减少，电子-空穴复合几率减少，芯片发光效率下降。为减小以上影响，本发明在量子阱生长过程，控制生长InGaN阱前端的温度低于后段，即控制InGaN-1阱层的生长温度小于InGaN-2阱层的生长温度，在GaN量子势垒和InGaN量子阱界面形成高In区，在能带上减弱量子阱能带的倾斜，使电子和空穴波函数在量子阱中的交叠增加，提高载流子复合效率。此生长工艺可提高芯片亮度约1％。
(2)传统量子阱结构中电子虽被电子阻挡层(EBL)阻挡，但在EBL之前没有高势垒阻挡电子，导致载流子的非有效复合。本发明通过引入P型AlGaN/GaN高势垒结构层，可以提高对电子的阻挡能力，进一步阻止电子的泄露，提高载流子复合效率。此结构设计可提高芯片亮度约1.0％-1.5％。
(3)本发明通过在量子阱中引入SiO2/Al2O3薄膜，由于SiO2/Al2O3薄膜的折射率比GaN折射率更大，从量子阱发出的光在界面更容易发生全发射，可以显著提高LED光提取效率。此结构设计提高芯片亮度2％以上。
(4)本发明将有源区量子阱结构分成三组，其中MQWs1和MQWs2分别是MQWs3厚度的1.2和1.1倍。新的量子阱结构中MQWs1和MQWs2厚度较厚，可以改善低温量子阱生长对量子阱质量的影响，有效减少材料生长缺陷，提高关键发光的MQWs3的晶体质量，此结构比相同势垒厚度量子阱结构的芯片亮度提高1.2％-1.8％。
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 (8)
1.一种提高亮度的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，依次包括：处理衬底、生长低温GaN缓冲层、生长非掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长多量子阱层、生长AlGaN电子阻挡层、生长掺杂Mg的P型GaN层和降温冷却，
所述生长多量子阱层依次包括：生长MQWs1、生长MQWs2和生长MQWs3；其中，
所述生长MQWs1包括依次生长InGaN-1阱层和InGaN-2阱层，具体为：
保持反应腔压力300-400mbar，反应腔温度为T1，通入NH3、TMGa以及TMIn，生长厚度为D1的InGaN-1阱层；
反应腔压力保持不变，升高反应腔温度至T2，通入NH3、TMGa以及TMIn，在所述InGaN-1阱层上面生长厚度为D2的InGaN-2阱层，其中，T2＞T1，T1和T2的范围在860-940℃之间；
所述生长MQWs2包括生长P型AlGaN/GaN高势垒结构层，具体为：
反应腔压力保持不变，反应腔温度控制降低至750-800℃，通入NH3、TMGa、Cp2Mg、H2以及TMAl，在所述InGaN-2阱层上面生长厚度为D3的AlGaN层；
反应腔压力温度保持不变，通入NH3、TMGa及N2，在所述AlGaN层上面生长厚度为D4的GaN层；
所述生长MQWs3包括溅射SiO2/Al2O3薄膜以及生长GaN垒层，具体为：
将已生长所述P型AlGaN/GaN高势垒结构层的芯片从MOCVD反应腔中取出，利用PECVD方法在所述P型AlGaN/GaN高势垒结构层上面沉积厚度为D5的SiO2层；
将已沉积所述SiO2层的芯片从反应腔中取出，再利用磁控溅射方法在所述SiO2层上面溅射厚度为D6的Al2O3薄膜层；
将已溅射好Al2O3薄膜层的芯片从反应腔中取出，再利用MOCVD方法在所述Al2O3薄膜层上面生长厚度为D7的GaN垒层，其中，D5、D6和D7的范围在3-6nm之间；
其中，D1+D2＝1.2(D5+D6+D7)，D3+D4＝1.1(D5+D6+D7)；
周期性依次进行生长MQWs1、生长MQWs2以及生长MQWs3的步骤，周期数为2-12个。
2.根据权利要求1所述的提高亮度的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，在1000-1100℃的温度下，通入100-130L/min的H2，保持反应腔压力100-300mbar，处理蓝宝石衬底5-10min。
3.根据权利要求2所述的提高亮度的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，所述生长低温GaN缓冲层的具体过程为：
降温至500-600℃，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为10000-20000sccm的NH3、50-100sccm的TMGa及100-130L/min的H2，在蓝宝石衬底上生长厚度为20-40nm的低温GaN缓冲层；
升高温度到1000-1100℃，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3和100-130L/min的H2，保温300-500s，将低温GaN缓冲层腐蚀成不规则岛形。
4.根据权利要求1所述的提高亮度的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，所述生长非掺杂GaN层的具体过程为：
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及100-130L/min的H2，持续生长2-4μm的非掺杂GaN层。
5.根据权利要求1所述的提高亮度的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，所述生长掺杂Si的N型GaN层的具体过程为：
保持反应腔压力300-600mbar，保持温度1000-1200℃，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2及20-50sccm的SiH4，持续生长3-4μm掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E18-1E19atoms/cm3。
6.根据权利要求1所述的提高亮度的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，所述生长AlGaN电子阻挡层的具体过程为：
在温度为900-950℃，反应腔压力为200-400mbar，通入50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl和1000-1300sccm的Cp2Mg的条件下，生长所述AlGaN电子阻挡层，所述AlGaN层的厚度为40-60nm，其中，Mg掺杂浓度为1E19-1E20atoms/cm3。
7.根据权利要求1所述的提高亮度的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，所述生长掺杂Mg的P型GaN层的具体过程为：
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及1000-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50-200nm的掺杂Mg的P型GaN层，其中，Mg掺杂浓度1E19-1E20atoms/cm3。
8.根据权利要求1所述的提高亮度的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，所述降温冷却的具体过程为：
降温至650-680℃，保温20-30min，关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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