本发明属于led技术领域，具体涉及一种led外延层生长方法。
背景技术：
发光二极管(light-emittingdiode，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、色彩丰富等优点。
目前国内生产led的规模正在逐步扩大，但是现有led外延生长发光层仍然存在晶格质量低下、ito(in2o3∶sn,简称ito)与p-gan之间欧姆接触电阻大等问题，影响led的节能效果。
因此，提供一种led外延层生长方法，提高发光层的晶格质量，并提高ito与p-gan之间欧姆接触性能，减少led的正向电压，是本技术领域亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明通过分别引入algan/gan超晶格和ingan/gan短周期超晶格结构，用来减少晶格失配带来的应力，提高发光层的晶格质量，提升led器件的抗静电能力，并提高空穴的浓度，提高ito与p-gan之间欧姆接触性能，降低led的正向电压。
本发明的led外延层生长方法，所述led外延层是采用金属有机化合物化学气相沉积法mocvd获得的，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algan/gan超晶格层、交替生长inxga(1-x)n/gan发光层、生长algan电子阻挡层、生长掺杂mg的p型gan层、交替生长ingan/gan超晶格层，降温冷却。
所述生长algan/gan超晶格层的具体过程为：
1)保持反应腔压力200mbar-400mbar、温度900℃-950℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的nh3、50sccm-70sccm的tmga、100l/min-130l/min的h2、120sccm-150sccm的tmal及1000sccm-1300sccm的cp2mg，持续生长厚度为20nm-30nm的algan层，其中，mg掺杂浓度1e19atoms/cm3-1e20atoms/cm3；
2)升高温度到1000℃-1100℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的nh3、200sccm-400sccm的tmga及100l/min-130l/min的h2，在上述algan层上面持续生长20nm-30nm的gan层。
所述交替生长ingan/gan超晶格层的具体过程为：
1)保持反应腔压力400mbar-500mbar、保持温度850℃-950℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的nh3、25sccm-45sccm的tmga、1000sccm-1500sccm的tmin及100l/min-130l/min的n2，生长掺杂in的1nm-2nm的ingan层；
2)降低温度至700℃-800℃，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为50000sccm-70000sccm的nh3、100sccm-150sccm的tmga及100l/min-130l/min的n2，在上述ingan层上面生长3nm-6nm的gan层；
3)重复交替生长ingan层和gan层，其中，ingan层和gan层的交替生长周期数为3-5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100l/min-130l/min的h2，保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底5min-10min。
优选地，所述生长低温缓冲层gan的具体过程为：
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及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；
升高温度到1000℃-1100℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的nh3、100l/min-130l/min的h2，保温300s-500s，将低温缓冲层gan腐蚀成不规则岛形。
优选地，所述生长不掺杂gan层的具体过程为：
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及100l/min-130l/min的h2，持续生长2μm-4μm的不掺杂gan层。
优选地，所述生长掺杂gan层的具体过程为：
保持反应腔压力300mbar-600mbar，保持温度1000℃-1200℃，通入流量为30000sccm-60000sccm的nh3、200sccm-400sccm的tmga、100l/min-130l/min的h2及20sccm-50sccm的sih4，持续生长3μm-4μm掺杂si的n型gan，其中，si掺杂浓度5e18atoms/cm3-1e19atoms/cm3。
优选地，所述交替生长inxga(1-x)n/gan发光层的具体过程为：
保持反应腔压力300mbar-400mbar、保持温度700℃-750℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的nh3、20sccm-40sccm的tmga、1500sccm-2000sccm的tmin及100l/min-130l/min的n2，生长掺杂in的2.5nm-3.5nm的inxga(1-x)n层，其中，x＝0.20-0.25，发光波长为450nm-455nm；
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及100l/min-130l/min的n2，生长8nm-15nm的gan层；
重复交替生长inxga(1-x)n层和gan层，得到inxga(1-x)n/gan发光层，其中，inxga(1-x)n层和gan层的交替生长周期数为7-15个。
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50-75nm，其中，mg掺杂的浓度为1e19atoms/cm3-1e20atoms/cm3。
优选地，所述生长掺mg的p型gan层的具体过程为：
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及1000sccm-3000sccm的cp2mg，持续生长50nm-200nm的掺mg的p型gan层，其中，mg掺杂浓度1e19atoms/cm3-1e20atoms/cm3。
优选地，所述降温冷却的具体过程为：
降温至650℃-680℃，保温20min-30min，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led外延层生长方法，达到了如下效果：
1、在n-gan和发光层之间插入一层algan/gan超晶格，用来减少晶格失配带来的应力，提高发光层的晶格质量。同时，能够减少晶格失配产生的位错，降低外延层位错密度，提高整个外延层晶体质量，提升led器件的抗静电能力。
2、在p-gan之上沉积ingan/gan短周期超晶格结构可以更好匹配ito电流扩展层，提高ito与p-gan之间欧姆接触性能，降低接触电阻，从而降低led芯片的工作电压。另外，能让半导体耗尽区变窄，使载流子有更多机会隧穿，提高空穴的浓度，提高led的发光效率。
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外延层的结构示意图；
图2为传统技术的led外延层的结构示意图；
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、algan/gan超晶格，6、inxga(1-x)n/gan发光层，7、电子阻挡层algan，8、p型gan，9、ingan/gan超晶格，其中，5-algan/gan超晶格包括algan层51和gan层52，6-inxga(1-x)n/gan发光层包括交替生长的inxga(1-x)n阱层61和gan垒层62，9-ingan/gan超晶格包括交替生长的ingan层91和gan层92。
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led外延层生长方法，采用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)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900mbar之间。具体生长方式如下(外延层结构请参考图1)：
一种led外延层生长方法，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algan/gan超晶格层、交替生长inxga(1-x)n/gan发光层、生长algan电子阻挡层、生长掺杂mg的p型gan层、交替生长ingan/gan超晶格层，降温冷却；其中，
步骤1：处理衬底。
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，并在所述低温gan缓冲层形成不规则小岛。
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，在所述蓝宝石衬底上生长所述低温缓冲层gan，所述低温gan缓冲层的厚度为20-40nm；
在温度为1000-1100℃、反应腔压力为300-600mbar，通入30000-40000sccm的nh3、100l/min-130l/min的h2的条件下，在所述低温缓冲层gan上形成所述不规则小岛。
步骤3：生长非掺杂gan层。
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、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层的厚度为2-4μm。
步骤4：生长si掺杂的n型gan层。
具体地，所述步骤4，进一步为：
保持反应腔压力300mbar-600mbar，保持温度1000℃-1200℃，通入流量为30000sccm-60000sccm的nh3、200sccm-400sccm的tmga、100l/min-130l/min的h2及20sccm-50sccm的sih4，持续生长3μm-4μm掺杂si的n型gan，其中，si掺杂浓度5e18atoms/cm3-1e19atoms/cm3。
步骤5：生长algan/gan超晶格层。
具体地，所述步骤5，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、50sccm-70sccm的tmga、100l/min-130l/min的h2、120sccm-150sccm的tmal及1000sccm-1300sccm的cp2mg，持续生长厚度d1为20nm-30nm的algan层，其中，mg掺杂浓度1e19atoms/cm3-1e20atoms/cm3；
升高温度到1000℃-1100℃，保持反应腔压力300mbar-600mbar，通入流量为30000sccm-40000sccm的nh3、200sccm-400sccm的tmga及100l/min-130l/min的h2，在上述algan层上面持续生长厚度d2为20nm-30nm的gan层，其中d1＝d2。
步骤6：交替生长inxga(1-x)n/gan发光层。
具体地，所述步骤6包括交替生长的inxga(1-x)n阱层和gan垒层，交替周期控制在7-15个。
生长所述inxga(1-x)n阱层，进一步为：
在温度为700-750℃，反应腔压力300-400mbar，通入50000-70000sccm的nh3、20-40sccm的tmga、1500-2000sccm的tmin、100-130l/min的n2的条件下，生长所述inxga(1-x)n阱层，其中，所述inxga(1-x)n厚度为2.5-3.5nm，发光波长450-455nm，x的取值范围为0.20-0.25。
生长所述gan垒层，进一步为：
在温度为750-850℃，反应腔压力300-400mbar，通入50000-70000sccm的nh3、20-100sccm的tmga、100-130l/min的n2的条件下，生长所述gan垒层，所述gan垒层的厚度为8-15nm。
步骤7：生长电子阻挡层algan。
具体地，所述步骤7，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，所述algan层的厚度为50-75nm,其中，mg掺杂的浓度为1e19atoms/cm3-1e20atoms/cm3。
步骤8：生长mg掺杂的p型gan层。
具体地，所述步骤8，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mg掺杂p型gan层，mg掺杂浓度1e19atoms/cm3-1e20atoms/cm3。
步骤9：交替生长ingan/gan超晶格层。
具体地，所述步骤9，进一步为：
保持反应腔压力400mbar-500mbar、保持温度850℃-950℃，通入流量为50000sccm-70000sccm的nh3、25sccm-45sccm的tmga、1000sccm-1500sccm的tmin及100l/min-130l/min的n2，生长掺杂in厚度d1为1nm-2nm的ingan层；
降低温度至700℃-800℃，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为50000sccm-70000sccm的nh3、100sccm-150sccm的tmga及100l/min-130l/min的n2，在上述ingan层上面生长厚度d2为3nm-6nm的gan层，其中，d2＝3d1；
重复交替生长ingan层和gan层，其中，ingan层和gan层的交替生长周期数为3-5个。
步骤10：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)：
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，并在所述低温gan缓冲层形成不规则小岛。
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，在所述蓝宝石衬底上生长所述低温缓冲层gan，所述低温gan缓冲层的厚度为20-40nm；
在温度为1000-1100℃、反应腔压力为300-600mbar，通入30000-40000sccm的nh3、100l/min-130l/min的h2的条件下，在所述低温缓冲层gan上形成所述不规则小岛。
步骤3：生长非掺杂gan层。
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、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层的厚度为2-4μm。
步骤4：生长si掺杂的n型gan层。
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，所述n型gan的厚度为3-4μm，si掺杂的浓度为5e18atoms/cm3-1e19atoms/cm3。
步骤5：生长inxga(1-x)n/gan多量子阱发光层。
具体地，所述步骤5包括交替生长的inxga(1-x)n阱层和gan垒层，交替周期控制在7-15个。
生长所inxga(1-x)n阱层，进一步为：
在温度为700-750℃，反应腔压力300-400mbar，通入50000-70000sccm的nh3、20-40sccm的tmga、1500-2000sccm的tmin、100-130l/min的n2的条件下，生长所述inxga(1-x)n阱层，其中，所述inxga(1-x)n厚度为2.5-3.5nm，发光波长450-455nm，x的取值范围为0.20-0.25。
生长所述gan垒层，进一步为：
在温度为750-850℃，反应腔压力300-400mbar，通入50000-70000sccm的nh3、20-100sccm的tmga、100-130l/min的n2的条件下，生长所述gan垒层，所述gan垒层的厚度为8-15nm。
步骤6：生长algan电子阻挡层。
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，所述algan层的厚度为50-75nm，其中，mg掺杂的浓度为1e19atoms/cm3-1e20atoms/cm3。
步骤7：生长mg掺杂的p型gan层。
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mg掺杂p型gan层，mg掺杂浓度1e19atoms/cm3-1e20atoms/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100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，本发明方法制备的led(样品1)工作电压明显变低，抗静电良率高，并且发光效率得到明显提升，这得益于本专利方案引入algan/gan超晶格和ingan/gan短周期超晶格结构。
与现有技术相比，本申请所述的led外延层生长方法，达到了如下效果：
1、在n-gan和发光层之间插入一层algan/gan超晶格，用来减少晶格失配带来的应力，提高发光层的晶格质量。同时，能够减少晶格失配产生的位错，降低外延层位错密度，提高整个外延层晶体质量，提升led器件的抗静电能力。
2、在p-gan之上沉积ingan/gan短周期超晶格结构可以更好匹配ito电流扩展层，提高ito与p-gan之间欧姆接触性能，降低接触电阻，从而降低led芯片的工作电压。另外，能让半导体耗尽区变窄，使载流子有更多机会隧穿，提高空穴的浓度，提高led的发光效率。
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。