CN113451451B - Led外延层及其电流扩展层的生长方法、led芯片 - Google Patents
Led外延层及其电流扩展层的生长方法、led芯片 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种LED外延层及其电流扩展层的生长方法、LED芯片，在利用氮源与基础源生长电流扩展层时，通过掺杂，利用掺杂源的原子对基础源中的铝原子和/或镓原子解吸附，提升电流扩展层的晶体质量。而且控制基础源与掺杂源交替通入，这样可以有助于原子横向转移扩散通道的形成，使基础源原子在基础晶体层表面具有更大的扩散长度，增强了电流扩展层中二维层状生长特征。进一步地，横向生长速度与纵向生长速度比值得以增大，这样可以使得刃位错发生弯曲甚至湮灭，进而降低刃位错密度，提升晶体质量。同时，交替通源保证了掺杂源的原子有足够的时间吸附在已生长的基础晶体层表面，并向基础晶体层内部扩散，最终均匀分布在基础晶体层内，提升解吸附概率。
Description
技术领域
本发明涉及LED(Light Emitting Diode，发光二极管)技术领域，尤其涉及一种LED外延层及其电流扩展层的生长方法、LED芯片。
背景技术
AlGaN(铝镓氮)基紫外发光二极管是一种新型的固态紫外光源。相对于传统的紫外汞灯，AlGaN基紫外LED芯片具有体积小、重量轻、功耗低、寿命长、环境友好、发光波长连续可调等优点，其在医疗消毒、净水等方面都有着广泛地应用。
但AlGaN基紫外LED芯片的制备存在诸多难点，例如，由于Al(铝)原子的高吸附能力，所以在外延生长中，Al原子更倾向占据最初被吸附的位置，不易继续移动到低能量处，从而导致晶体质量缺陷，影响AlGaN基紫外LED芯片的品质。
因此，如何改善AlGaN基紫外LED芯片外延层晶体质量是亟需解决的问题。
发明内容
鉴于上述相关技术的不足，本申请的目的在于提供一种LED外延层及其电流扩展层的生长方法、LED芯片，旨在解决目前AlGaN基紫外LED外延层晶体存在缺陷，导致AlGaN基紫外LED芯片品质不佳的问题。
一种LED外延层中电流扩展层的生长方法，电流扩展层包括N型电流扩展层与P型电流扩展层中的至少一个，生长方法包括按照交替通源方式进行多个循环周期的生长，循环周期内持续向反应室通入氮源，循环周期包括第一时段与第二时段；交替通源方式包括：
在循环周期的第一时段中向反应室通入电流扩展层的基础源，基础源包括铝源与镓源中的至少一种；
在循环周期的第二时段中开始向反应室通入电流扩展层的掺杂源，并停止通入基础源。
上述生长方法中，在利用氮源与基础源生长LED外延层中的电流扩展层时，可以利用掺杂源实现掺杂，从而利用掺杂源提供的原子对基础源中的铝原子和/或镓原子进行解吸附，避免基础源中的原子总是吸附在其初始位置处，提升电流扩展层的晶体质量，自然也就增强了LED外延层整体的品质。而且，在本生长方法中，基础源与掺杂源是交替通入的，在通入基础源时，不会同时通入掺杂源，让基础源提供的原子形成基础晶体层；在通入掺杂源时，不会同时通入基础源，这样可以在基础晶体层表面形成一层薄的杂质薄膜，形成原子横向转移的扩散通道，使基础源原子在表面具有更大的扩散长度，增强了电流扩展层中二维层状生长特征，降低了晶格失配度。进一步地，二维层状生长特征的增强意味着横向生长速度的加快、横向生长速度与纵向生长速度比值的增大，这样可以使得刃位错更容易地沿着滑移面滑移，从而发生弯曲甚至湮灭，进而降低刃位错密度，提升晶体质量。另一方面，基础源与掺杂源的交替通入保证了掺杂源的原子有足够的时间吸附在已生长的基础晶体层表面，并向基础晶体层内部扩散，最终均匀分布在基础晶体层内，因此也提高了掺杂源原子对基础源原子的解吸附概率，增强了LED外延层的品质。
可选地，电流扩展层包括N型电流扩展层，生长N型电流扩展层时，依次生长n个N型电流扩展子层，n为大于等于2的整数。
可选地，N型电流扩展子层对应的循环周期数为r，掺杂源流量为f，掺杂浓度为c；
各N型电流扩展子层对应循环周期数的关系为r1≥r2≥…≥ri≥…≥rn，ri为第i个N型电流扩展子层对应的循环周期数；
各N型电流扩展子层对应掺杂源流量的关系为f1≥f2≥...≥fi≥...≥fn，fi为第i个N型电流扩展子层对应的掺杂源流量；
各N型电流扩展子层对应掺杂浓度的关系为c1≥c2≥…≥ci≥…≥cn，ci为第i个N型电流扩展子层对应的掺杂浓度；
生长各N型电流扩展子层时通入的基础源流量相同。
上述生长方法在生长N型电流扩展层的各子层时，减少循环周期数，有利于降低刃位错；同时逐步减小掺杂源的流量与掺杂浓度，有利于提升N型电流扩展层与有源层的晶格匹配度。
可选地，电流扩展层包括P型电流扩展层，生长P型电流扩展层时，依次生长m个P型电流扩展子层，m为大于等于2的整数。
可选地，P型电流扩展子层对应的循环周期数为r，掺杂源流量为f，掺杂浓度为c；
各P型电流扩展子层对应循环周期数的关系为r1≤r2≤…≤rj≤…≤rm，rj为第j个P型电流扩展子层对应的循环周期数；
各P型电流扩展子层对应掺杂源流量的关系为f1≤f2≤...≤fj≤...≤fm，fj为第j个P型电流扩展子层对应的掺杂源流量；
各P型电流扩展子层对应掺杂浓度的关系为c1≤c2≤…≤cj≤…≤cm，cj为第j个P型电流扩展子层对应的掺杂浓度；
生长各P型电流扩展子层时通入的基础源流量相同。
上述生长方法在生长P型电流扩展层的各子层时，逐步提升循环周期数、掺杂源的流量及浓度，可以在降低有源层与P型电流扩展层间晶格适失配度的情况下提升P型电流扩展层中掺杂源原子的浓度。
可选地，所述N型电流扩展层对应的掺杂源包括硅源、硼源与锗源中的任意一种；所述P型电流扩展层对应的掺杂源包括镁源、锌源中的至少一种。
可选地，所述镁源包括二茂镁；所述硅源为甲硅烷与乙硅烷中的至少一种；所述铝源包括三甲基铝TMAl，所述镓源包括三甲基镓TMGa和三乙基镓TEGa中的任意一种；所述氮源为氨气。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种LED外延层，LED外延层包括电流扩展层，该电流扩展层采用上述任一项的生长方法制备得到。
上述LED外延层中，电流扩展层形成时，基础源与掺杂源是交替通入的，在通入基础源时，不会同时通入掺杂源，让基础源提供的原子形成基础晶体层；在通入掺杂源时，不会同时通入基础源，这样可以在基础晶体层表面形成一层薄的杂质薄膜，形成原子横向转移的扩散通道，使基础源原子在表面具有更大的扩散长度，增强了电流扩展层中二维层状生长特征，降低了晶格失配度。进一步地，二维层状生长特征的增强意味着横向生长速度的加快、横向生长速度与纵向生长速度比值的增大，这样可以使得刃位错更容易地沿着滑移面滑移，从而发生弯曲甚至湮灭，进而降低刃位错密度，提升晶体质量。另一方面，基础源与掺杂源的交替通入保证了掺杂源的原子有足够的时间吸附在已生长的基础晶体层表面，并向基础晶体层内部扩散，最终均匀分布在基础晶体层内，因此也提高了掺杂源原子对基础源原子的解吸附概率，增强了LED外延层的品质。
可选地，生长LED外延层所用的基础源同时包括铝源与镓源，LED外延层为AlxGa1- xN基的紫外LED外延层，0.4≤x＜1。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种LED芯片，LED芯片包括上述任一项的LED外延层。
上述LED芯片，因为外延层的电流扩展层生长过程中，基础源与掺杂源交替通入，在通入掺杂源时，不会同时通入基础源，这样可以在基础晶体层表面形成一层薄的杂质薄膜，有助于原子横向转移的扩散通道的形成，使基础源原子在表面具有更大的扩散长度，增强了电流扩展层中二维层状生长特征，降低了晶格失配度。进一步地，二维层状生长特征的增强意味着横向生长速度的加快、横向生长速度与纵向生长速度比值的增大，这样可以使得刃位错更容易地沿着滑移面滑移，从而发生弯曲甚至湮灭，进而降低刃位错密度，提升晶体质量。另一方面，基础源与掺杂源的交替通入保证了掺杂源的原子有足够的时间吸附在已生长的基础晶体层表面，并向基础晶体层内部扩散，最终均匀分布在基础晶体层内，因此也提高了掺杂源原子对基础源原子的解吸附概率，增强了LED外延层的品质，提升了LED芯片的质量。
附图说明
图1为本发明一种可选实施例中提供的LED外延层中电流扩展层的生长方法内的一个循环周期的流程图；
图2为本发明一种可选实施例中提供的生长电流扩展层时反应室中各源的通入时序示意图；
图3为本发明一种可选实施例中提供的LED外延层的一种结构示意图；
图4为本发明一种可选实施例中提供的LED芯片的一种结构示意图；
图5为本发明另一可选实施例中提供的LED外延层的一种结构示意图；
图6为图5中N型电流扩展层的一种结构示意图；
图7为本发明另一可选实施例中提供的生长N型电流扩展层时反应室中各源的通入时序示意图；
图8为图5中P型电流扩展层的一种结构示意图；
图9为本发明另一可选实施例中提供的生长P型电流扩展层时反应室中各源的通入时序示意图。
附图标记说明：
30-LED外延层；31-N型电流扩展层；32-有源层；33-P型电流扩展层；4-LED芯片；40-电极；50-LED外延层；51-衬底；52-应力控制层；53-N型电流扩展层；531-N型电流扩展层的第1子层；532-N型电流扩展层的第2子层；53i-N型电流扩展层的第i子层；53n-N型电流扩展层的第n子层；54-有源区准备层；55-有源区发光层；56-电子阻挡层；57-P型电流扩展层；571-P型电流扩展层的第1子层；572-P型电流扩展层的第2子层；57j-P型电流扩展层的第j子层；57m-P型电流扩展层的第m子层；58-P型欧姆接触层。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
AlGaN基紫外LED芯片的制备存在诸多难点：高Al组分AlGaN材料的制备，高Al组分AlGaN材料掺杂，AlGaN/AlGaN量子阱结构中强的极化效应，高Al组分出光效率低等问题。
其中现阶段非掺杂AlGaN材料的晶体质量不如GaN的结晶质量，主要因为Al原子高的吸附能力，在外延生长中，Al原子更倾向占据最初被吸附的位置，不易继续移动到最低能量处，故此形成缺陷，进而导致晶体质量变差。而掺杂AlGaN材料中，由于掺杂源的原子(通常是Mg、Si)相对Al或Ga原子来说，其原子半径较小(Mg原子半径为0.172nm，Si原子半径为0.117nm，而Ga原子半径为0.181nm，Al原子半径为0.182nm)，因此当AlGaN薄膜掺杂，且掺杂源的原子替代Al或Ga原子时，必然会改变薄膜的晶格常数，即掺杂AlGaN与非掺杂AlGaN存在晶格失配而产生位错，进而使晶体质量变差。
基于此，本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
本发明一种可选实施例：
本实施例首先提供一种LED外延层中电流扩展层的生长方法，该生长方法可用于生长LED外延层中N型电流扩展层与P型电流扩展层中的至少一个。应当理解的是，在本实施例的一些示例当中，LED外延中N型兴电流扩展层与P型电流扩展层均是通过该生长方法形成的。
该方法中会通过交替通源的方式进行多个循环周期的生长，下面结合图1示出的流程图对一个循环周期的生长过程进行阐述：
S102：在循环周期的第一时段中向反应室通入电流扩展层的基础源。
在本实施例中，生长电流扩展层时，需要向反应室中通入的源包括氮源、基础源与掺杂源。所谓“交替通源”实际指的是交替通入基础源与掺杂源：在通入掺杂源时不通入基础源，在通入基础源时不通入掺杂源。而氮源则是在整个循环周期内自始至终都会通入的。
氮源是指能够提供氮原子的源，在本实施例中，氮源包括但不限于NH3(氨气)，例如，在一种示例当中，反应室整个循环周期内均处于氨气气氛下。可以理解的是，在本实施例的其他一些示例当中，氮源也可以是N2(氮气)等。
在本实施例中的基础源包括铝源与镓源中的至少一种。可以理解的是，如果制备的LED外延层是AlGaN基的外延层，那么基础源中应该同时包括铝源与镓源。但如果LED外延层是AlN基的外延层，则基础源中可以仅包括铝源；如果LED外延层是GaN基的外延层，则基础源中可以仅包括镓源。在本实施例的一些示例当中，铝源可以包括但不限于TMAl(三甲基铝)。镓源包括但不限于TMGa(三甲基镓)和TEGa(三乙基镓)中的至少一种。例如，在本实施例的一些示例中，可以采用TMGa或TEGa作为镓源，在本实施例的另外一些示例当中，可以同时采用TMGa和TEGa作为镓源。
在本实施例中，循环周期中包括第一时段与第二时段，其中，第一时段中向反应室内通入基础源。在本实施例的一些示例当中，第一时段的时长大于第二时段的时长，例如，第一时段的时长取值可以介于0-30s之间，而第二时段的时长的取值范围为0-20s之间。
S104：在循环周期的第二时段中开始向反应室通入电流扩展层的掺杂源，并停止通入基础源。
本实施例中，循环周期的第二时段中用于开始向反应室中通入掺杂源。可以理解的是，“开始”一词意味着在第一时段中并不会向反应室中通入掺杂源，所以，第一时段中仅向反应室中通入基础源。而第二时段中会停止向反应室中通入基础源，故第二时段中仅向反应室通入掺杂源，而不通入基础源。图2中示出了基础源、掺杂源与氮源三者向反应室中的通入时序示意图。在图2中，仅示意了各时刻中是否需要通入基础源、掺杂源与氮源，其中，上升沿表示开始通入对应的源，而下降沿则表示开始停止通入对应的源。应当明白的是，在图2当中，第一时段与第二时段二者构成一个循环周期，但这并不意味着本实施例中的循环周期只能包括第一时段与第二时段，例如，在本实施例的一些示例当中，循环周期还可以包括至少一个第三时段，在第三时段中既不向反应室内通入掺杂源，也不向反应室内通入基础源。或者，在另外一些示例中，循环周期中还包括至少一个第四时段，在第四时段中，可以同时通入掺杂源与基础源。
对于N型电流扩展层与P型电流扩展层而言，二者对应的掺杂源不同。在本实施例的一些示例中，N型电流扩展层的掺杂源包括但不限于硅源、硼源与锗源中的任意一种。通常情况下，N型电流扩展层的掺杂源为硅源，例如SiH4(甲硅烷)，或者Si2H6(乙硅烷)。在本实施例的一些示例中，也可以同时将SiH4与Si2H6作为硅源。P型电流扩展层的掺杂源包括但不限于镁源、锌源中的至少一种。例如，在本实施例的一些示例当中，P型电流扩展层的掺杂源为镁源，例如Cp2Mg(二茂镁)等。
在本实施例的一些示例当中，整个循环周期内，反应室内的反应压力始终维持在一个差不多的水平内，例如，整个循环周期内，反应室中反应压力均处于50Torr-250Torr之间。一些示例中，反应压力可以为之在50Torr-80Torr之间。另一些示例中，反应压力可以维持在200Torr-250Torr之间。还有一些示例当中，反应压力可以维持在140Torr-155Torr之间。除此以外，反应压力也可以处于80Torr-140Torr间，或者是处于155Torr-200Torr间，这里不再枚举。
可以理解的是，在形成一个电流扩展层时，通常需要按照上述交替通源方式执行多个循环周期。在本实施例的一些示例当中，各循环周期中掺杂源流量f、掺杂浓度c都一样。在本实施例的一些示例当中，电流扩展层中包括至少两个电流扩展子层，形成各电流扩展子层所需要的循环周期数可以相同也可以不同，形成个电流扩展子层时掺杂源的流量、掺杂浓度可以相同也可以不同。本实施例中以“r”表征形成一个电流扩展子层所需要的循环周期数，以“f”表征形成一个电流扩展子层时掺杂源的流量，以“c”表征形成一个电流扩展子层时的掺杂浓度：
在本实施例的一些示例当中，N型电流扩展层中包括n个N型电流扩展子层，其中，n为大于等于2的整数。各N型电流扩展子层按照形成的顺序，或者说按照从下之上的顺序，r1≥r2≥…≥ri≥…≥rn，c1≥c2≥…≥ci≥…≥cn，f1≥f2≥...≥fi≥...≥fn。其中，ri、ci、fi分别为第i个N型电流扩展子层对应的循环周期数、掺杂浓度、掺杂源流量。在本实施例的一些示例中，各N型电流扩展子层对应的循环周期数r逐渐减小，掺杂浓度c逐渐减小，掺杂源的流量f逐渐减小。
可以理解的是，各N型电流扩展子层对应的循环周期数逐渐减少可以减少刃位错，提升N型电流扩展层对应的晶体质量。各N型电流扩展子层对应的掺杂浓度、掺杂源流量自下之上逐渐减小，是因为N型电流扩展层上需要生成的是有源层，而有源层中的掺杂浓度不高，所以，逐步降低各N型电流扩展子层对应的掺杂浓度，有利于降低N型电流扩展层与有源层之间的晶格失配度，进一步提升LED外延层的品质，增强LED芯片的质量。
当然，可以理解的是，在其他一些示例当中，可以存在至少部分N型电流扩展子层在循环周期数、掺杂浓度、掺杂源流量三方面有至少一方面相同。例如，在本实施例的一种示例中，第i子层与第i+1子层对应的循环周期数相同。在本实施例的另外一种示例中，第1子层与第2子层对应的掺杂浓度相同。又例如，一种示例中，所有N型电流扩展子层对应的掺杂源流量始终保持一致。
可选地，各N型电流扩展子层对应的掺杂浓度取值可以介于1×1018cm-3-5×1019cm-3之间。
在本实施例的一些示例中，生长N型电流扩展层的各子层时，基础源的流量、浓度可以保持不变，在本实施例的另外一些示例中，各N型电流扩展子层对应的基础源的流量可以不完全相同，在本实施例的又一些示例中，各N型电流扩展子层对应的基础源的浓度也可以不完全相同。
在生长N型电流扩展层时，可以将反应室中的反应温度保持在850℃-1300℃之间。例如，在本实施例的一种示例中，反应温度可以维持在900℃-1250℃。
在本实施例的一些示例当中，P型电流扩展层中包括m个P型电流扩展子层，其中，m为大于等于2的整数。各P型电流扩展子层按照形成的顺序，或者说按照从下之上的顺序，r1≤r2≤…≤rj≤…≤rm，c1≤c2≤…≤cj≤…≤cm，f1≤f2≤...≤fj≤...≤fm。其中，rj、cj、fj分别为第j个P型电流扩展子层对应的循环周期数、掺杂浓度、掺杂源流量。在本实施例的一些示例中，各P型电流扩展子层对应的循环周期数r逐渐增大，掺杂浓度c逐渐增大，掺杂源的流量f也逐渐增大。
可以理解的是，各P型电流扩展子层对应的掺杂源流量、掺杂浓度以及循环周期数一开始并不大，这有利于P型电流扩展层与其下的有源层实现晶格匹配。而越往上，P型电流扩展子层对应的掺杂源流量、掺杂浓度以及循环周期数越大，这有利于增加P型电流扩展层中掺杂源原子的浓度，实现高掺杂。
在其他一些示例当中，可以存在至少部分P型电流扩展子层在循环周期数、掺杂浓度、掺杂源流量三方面有至少一方面相同。例如，在本实施例的一种示例中，第1-3子层对应的循环周期数相同。在本实施例的另外一种示例中，第1子层与第7子层对应的掺杂浓度相同。又例如，一种示例中，所有P型电流扩展子层对应的掺杂源流量始终保持一致。
可选地，各P型电流扩展子层对应的掺杂浓度取值可以介于1×1018cm-3-5×1020cm-3之间。
可选地，生长P型电流扩展层的各子层时，基础源的流量、浓度可以保持不变，在本实施例的另外一些示例中，各P型电流扩展子层对应的基础源的流量可以不完全相同，在本实施例的又一些示例中，各P型电流扩展子层对应的基础源的浓度也可以不完全相同。
在生长P型电流扩展层时，可以将反应室中的反应温度保持在750℃-1150℃之间。例如，在本实施例的一种示例中，反应温度可以维持在800℃-1100℃。
本实施例中还提供一种LED外延层，该LED外延层中包括电流扩展层，电流扩展层采用前述任意一种生长方法生长形成。请参见图3所示，该LED外延层30中从下至上依次包括N型电流扩展层31、有源层32以及P型电流扩展层33，该LED外延层30中的至少一个电流扩展层可以采用前述LED外延层中电流扩展层的生长方法形成。在一种示例中，LED外延层30中的N型电流扩展层31与P型电流扩展层33均采用前述生长方法生长得到。
另外，毫无疑义的是，在LED外延层30中，除了N型电流扩展层31、有源层32以及P型电流扩展层33以外，还可以包括其他层结构，例如应力控制层、电子阻挡层等。
在本实施例的一些示例当中，在形成电流扩展层时，基础源中仅包括Al，因此，最终形成的LED外延层是AlN基的LED外延层；在本实施例的另外一些示例中，基础源中仅包括Ga，因此，最终形成的LED外延层是GaN基的LED外延层。还有一些示例中，基础源中同时包括Al与Ga，所以，最终形成的是AlxGa1-xN基的LED外延层。可选地，x的取值可以大于等于0.4，小于1。例如，x的取值可以为0.45、0.48、0.5、0.77、0.92等。
本实施例还提供一种LED芯片，该LED芯片包括前述LED外延层，请参见图4所示，该LED芯片4中包括LED外延层30以及电极40，其中，一个电极为N电极401，与LED外延层30中的N型电流扩展层电连接，另一个电极为P电极402，用于与LED外延层30中的P型电流扩展层电连接。
本实施例提供的LED外延层中电流扩展层的生长方法，在形成电流扩展层时，可以通过掺杂对基础源的原子进行解吸附，从而使得基础源的原子能够迁移到其他位置，进而提升晶体质量。而且，因为基础源与掺杂源交替通入，可以使得掺杂源在基础晶体层表面形成杂质薄膜，进而形成原子横向转移的扩散通道，使得基础源的原子具有更长的扩散长度，增强电流扩展层中的二维层状生长特征，降低晶格失配度。同时，横向生长速度与纵向生长速度比值得提升，可以使得刃位错更容易地沿着滑移面滑移，从而发生弯曲甚至湮灭，进而降低刃位错密度。虽然螺位错不能发生弯曲，其只能通与弯向其的刃位错分量合并，故而该生长方法对螺位错影响不大，但因为刃位错相较于螺位错而言对晶体质量的影响更大，因此，降低刃位错的密度可以显著提升晶体质量。而且，因为交替通入基础源与掺杂源，可以给掺杂源原子更多的时间扩散，从而提升其对基础源原子的解吸附概率，进一步提升LED外延层的品质与LED芯片的质量。
本发明另一可选实施例：
为了使本领域技术人员能够更加清楚前述生长方案的优点与细节，本实施例将结合示例继续对前述生长方法进行阐述：
本实施例中以LED外延层为AlGaN基的外延层为例，这里假定N型电流扩展层对应的掺杂源为Si源，而P型电流扩展层对应的掺杂源为Mg源。
请参见图5示出的LED外延层50，该LED外延层50中从下至上依次包括衬底51，应力控制层52，N型电流扩展层53，有源区准备层54，有源区发光层55，电子阻挡层56，P型电流扩展层57，P型欧姆接触层58。
请参见图6，N型电流扩展层53中从下至上依次包括第1子层531、第2子层532…第i子层53i…第n子层53n。进行AlxGa1-xN(0.4≤x≤1)的N型掺杂，也即生成N型电流扩展层53时，NH3持续通入反应室，反应温度维持在900℃-1250℃之间，反应压力保持在50Torr-250Torr间。
生成第1子层531时：脉冲式通入基础源(Ga源与Al源)，例如，在图7中，Ga源与Al源通入与关闭时间分别为t1,t2(0s≤t1≤30s，0s≤t2≤20s)，另外掺杂源也脉冲式通入，图7中，SiH4通入与关闭的时间分别为t3,t4(t3＝t2，t4＝t1)。循环周期数为r1，掺杂源的流量为f1，掺杂浓度为c1，在本实施例中，c1的取值为1×1018-5×1019cm-3。
生成第2子层532时：继续脉冲式通入基础源(Ga源与Al源)，且Ga源与Al源流量与第1子层中Ga源与Al源的流量一致。Ga源与Al源通入与关闭时间同样分别为t1,t2(0s≤t1≤30s，0s≤t2≤20s)，掺杂源脉冲式通入，图7中，SiH4通入与关闭的时间分别为t3,t4(t3＝t2，t4＝t1)。循环周期数为r2，掺杂源的流量为f2，掺杂浓度为c2，在本实施例中，c2的取值为1×1018cm-3-5×1019cm-3；；其中，r2≤r1，f2≤f1，c2≤c1。
……
以此类推，生成第i子层53i时：保持Ga源与Al源的流量一致。Ga源与Al源通入与关闭时间同样分别为t1,t2(0s≤t1≤30s，0s≤t2≤20s)，另外掺杂源SiH4通入与关闭的时间分别为t3,t4(t3＝t2，t4＝t1)。循环周期数为ri，掺杂源的流量为fi，掺杂浓度为ci，在本实施例中，ci的取值为1×1018cm-3-5×1019cm-3；其中，ri≤…≤r2≤r1，fi≤…≤f2≤f1，ci≤…≤c2≤c1。
……
直到第n子层53n：保持Ga源与Al源的流量一致。Ga源与Al源通入与关闭时间同样分别为t1,t2(0s≤t1≤30s，0s≤t2≤20s)，另外掺杂源SiH4通入与关闭的时间分别为t3,t4(t3＝t2，t4＝t1)。循环周期数为rn，流量为fn，掺杂浓度为cn，在本实施例中，cn的取值为1×1018cm-3-5×1019cm-3；其中，rn≤…≤ri≤…≤r2≤r1，fn≤…≤fi≤…≤f2≤f1，cn≤…ci≤…≤c2≤c1。
可以理解的是，在图7中，不仅示出了各时刻中各源的通入或关闭，也通过脉冲高度的变化体现了各源的掺杂流量变化，由于掺杂源流量的变化会引起掺杂浓度的变化，且二者正相关，所以，图7中脉冲高度的变化也可以理解为掺杂浓度的变化。从图7中可以看出，前1-4个循环周期中脉冲高度一致，第5-7个循环周期中脉冲高度一致，第8-9个循环周期中脉冲高度一致，这意味着前1-4个循环周期对应的掺杂源流量一致，第5-7个循环周期对应的掺杂源流量一致，第8-9个循环周期对应的掺杂源流量一致，因此，前1-4个循环周期对应于N型电流扩展层53中第1子层的形成过程，第5-7个循环周期对应于N型电流扩展层53中第2子层的形成过程，第8-9个循环周期对应于N型电流扩展层53中第3子层的形成过程……依次类推。
请参见图8，P型电流扩展层57中从下至上依次包括第1子层571、第2子层572…第j子层57j…第m子层57m。进行AlxGa1-xN(0.4≤x≤1)的P型掺杂，也即生成N型电流扩展层57时，NH3持续通入反应室，反应温度维持在800℃-1100℃之间，反应压力保持在50Torr-250Torr间。
生成第1子层571时：脉冲式通入基础源(Ga源与Al源)，例如，在图9中，Ga源与Al源通入与关闭时间分别为t5,t6(0s≤t5≤30s，0s≤t6≤20s)，另外掺杂源也脉冲式通入，图9中，Cp2Mg通入与关闭的时间分别为t7,t8(t7＝t6，t8＝t5)。循环周期数为r1，掺杂源的流量为f1，掺杂浓度为c1，在本实施例中，c1的取值为1×1018cm-3-5×1020cm-3；
生成第2子层572时：继续脉冲式通入基础源(Ga源与Al源)，且Ga源与Al源流量与第1子层中Ga源与Al源的流量一致。Ga源与Al源通入与关闭时间同样分别为t5,t6(0s≤t5≤30s，0s≤t6≤20s)，掺杂源脉冲式通入，图9中，Cp2Mg通入与关闭的时间分别为t7,t8(t7＝t6，t8＝t5)。循环周期数为r2，掺杂源的流量为f2，掺杂浓度为c2，在本实施例中，c2的取值为1×1018cm-3-5×1020cm-3；其中，r2≥r1，f2≥f1，c2≥c1。
……
以此类推，生成第j子层57j时：保持Ga源与Al源的流量一致。Ga源与Al源通入与关闭时间同样分别为t5,t6(0s≤t5≤30s，0s≤t6≤20s)，另外掺杂源Cp2Mg通入与关闭的时间分别为t7,t8(t7＝t6，t8＝t5)。循环周期数为rj，掺杂源的流量为fj，掺杂浓度为cj，在本实施例中，cj的取值为1×1018cm-3-5×1020cm-3；其中，rj≥…≥r2≥r1，fj≥…≥f2≥f1，cj≥…≥c2≥c1。
……
直到第m子层57m：保持Ga源与Al源的流量一致。Ga源与Al源通入与关闭时间同样分别为t5,t6(0s≤t5≤30s，0s≤t6≤20s)，另外掺杂源Cp2Mg通入与关闭的时间分别为t7,t8(t7＝t6，t8＝t5)。循环周期数为rm，流量为fm，掺杂浓度为cm，在本实施例中，cm的取值为1×1018cm-3-5×1020cm-3；其中，rm≥…≥rj≥…≥r2≥r1，fm≥…≥fj≥…≥f2≥f1，cm≥…cj≥…≥c2≥c1。
可以理解的是，在图9中，不仅示出了各时刻中各源的通入或关闭，也通过脉冲高度的变化体现了各源的掺杂流量变化，由于掺杂源流量的变化会引起掺杂浓度的变化，且二者正相关，所以，图9中脉冲高度的变化也可以理解为掺杂浓度的变化。从图9中可以看出，前1-2个循环周期中脉冲高度一致，第3-5个循环周期中脉冲高度一致，第6-9个循环周期中脉冲高度一致，这意味着前1-2个循环周期对应的掺杂源流量一致，第3-5个循环周期对应的掺杂源流量一致，第6-9个循环周期对应的掺杂源流量一致，因此，前1-2个循环周期对应于P型电流扩展层57中第1子层的形成过程，第3-5个循环周期对应于P型电流扩展层57中第2子层的形成过程，第6-9个循环周期对应于P型电流扩展层57中第3子层的形成过程……依次类推。
本实施例中，当掺杂源开始通入时，Al/Ga源未通入，AlGaN停止生长，Si/Mg开始在AlGaN表面吸附，且向未掺杂的AlGaN层扩散，最后均匀分布在AlGaN层，解吸附概率较高。而均匀掺杂，Si/Mg被吸附在表面后，因Al/Ga源未停止，则被同时生长的AlGaN覆盖，Si/Mg在表面解吸附概率较低。相当于在AlGaN上形成一层薄的杂质薄膜，有助于原子横向转移的扩散通道的形成，使Ga或Al的表面活性盖面，从而在表面具有更大的扩散长度，因此相对于均匀掺杂，该新型掺杂方法具有更明显的二维层状生长特征，即横向生长速度较快。因该新型掺杂所导致掺杂AlGaN与非掺杂AlGaN晶格失配小于均匀掺杂AlGaN与非掺杂AlGaN晶格失配，且在横向生长速度较快的情况下，即横向生长速度与纵向生长速度比较大，刃位错更容易地沿着滑移面滑移，使刃位错发生弯曲甚至湮灭，从而降低刃位错密度；虽然螺位错不能发生弯曲，只能通过与弯向其的刃位错分量合并，但因为刃位错较螺位错而言对晶体质量有着更重要的影响，所以通过降低刃位错密度，还是可以明显提高晶体质量。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种LED外延层中电流扩展层的生长方法，其特征在于，所述电流扩展层包括N型电流扩展层，生长所述N型电流扩展层时，依次生长n个N型电流扩展子层，所述n为大于等于2的整数；所述生长方法包括按照交替通源方式进行多个循环周期的生长，所述循环周期内持续向反应室通入氮源，所述循环周期包括第一时段与第二时段；所述交替通源方式包括：在所述循环周期的第一时段中向所述反应室通入所述电流扩展层的基础源，所述基础源包括铝源与镓源中的至少一种；在所述循环周期的第二时段中开始向所述反应室通入所述电流扩展层的掺杂源，并停止通入所述基础源；
所述N型电流扩展子层对应的循环周期数为r，各所述N型电流扩展子层对应循环周期数的关系为r1＞r2＞…＞ri＞…＞rn，所述ri为第i个N型电流扩展子层对应的循环周期数。
2.如权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述N型电流扩展子层对应的掺杂源流量为f，掺杂浓度为c；
各所述N型电流扩展子层对应掺杂源流量的关系为f1≥f2≥...≥fi≥...≥fn，所述fi为第i个N型电流扩展子层对应的掺杂源流量；
各所述N型电流扩展子层对应掺杂浓度的关系为c1≥c2≥…≥ci≥…≥cn，所述ci为第i个N型电流扩展子层对应的掺杂浓度；
生长各所述N型电流扩展子层时通入的基础源流量相同。
3.如权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述电流扩展层还包括P型电流扩展层，生长所述P型电流扩展层时，依次生长m个P型电流扩展子层，所述m为大于等于2的整数。
4.如权利要求3所述的生长方法，其特征在于，所述P型电流扩展子层对应的循环周期数为r，掺杂源流量为f，掺杂浓度为c；
各所述P型电流扩展子层对应循环周期数的关系为r1≤r2≤…≤rj≤…≤rm，所述rj为第j个P型电流扩展子层对应的循环周期数；
各所述P型电流扩展子层对应掺杂源流量的关系为f1≤f2≤...≤fj≤...≤fm，所述fj为第j个P型电流扩展子层对应的掺杂源流量；
各所述P型电流扩展子层对应掺杂浓度的关系为c1≤c2≤…≤cj≤…≤cm，所述cj为第j个P型电流扩展子层对应的掺杂浓度；
生长各所述P型电流扩展子层时通入的基础源流量相同。
5.如权利要求3或4所述的生长方法，其特征在于，所述N型电流扩展层对应的掺杂源包括硅源、硼源与锗源中的任意一种；所述P型电流扩展层对应的掺杂源包括镁源、锌源中的至少一种。
6.如权利要求5所述的生长方法，其特征在于，所述镁源包括二茂镁；所述硅源为甲硅烷和乙硅烷中的至少一种；所述铝源包括三甲基铝TMAl，所述镓源包括三甲基镓TMGa和三乙基镓TEGa中的任意一种；所述氮源为氨气。
7.一种LED外延层，其特征在于，所述LED外延层包括电流扩展层，所述电流扩展层采用如权利要求1-6任一项所述的生长方法制备得到。
8.如权利要求7所述的LED外延层，其特征在于，生长所述LED外延层所用的基础源同时包括铝源与镓源，所述LED外延层为AlxGa1-xN基的紫外LED外延层，0.4≤x＜1。
9.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括电极以及如权利要求7或8所述的LED外延层，所述电极包括与所述LED外延层中的N型电流扩展层电连接的N电极，以及与所述LED外延层中的P型电流扩展层电连接的P电极。
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