一种led外延层生长方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及LED外延设计应用技术领域，具体地说，涉及一种能够减少外延层位 错密度，提高外延层晶体质量的LED外延层生长方法。
【背景技术】
[0002] 目前LED是一种固体照明，体积小、耗电量低使用寿命长高亮度、环保、坚固耐用 等优点受到广大消费者认可，国内生产LED的规模也在逐步扩大；市场上对LED亮度和光效 的需求与日倶增，如何生长更好的外延片日益受到重视，因为外延层晶体质量的提高，LED 器件的性能可以得到提升，LED的发光效率、寿命、抗老化能力、抗静电能力、稳定性会随着 外延层晶体质量的提升而提升。
[0003] 现有外延技术中在蓝宝石A1203基板上生长GaN材料，因为A1 203材料和GaN材料 存在着约13%的晶格失配，带来的影响是GaN材料位错密度高达109根/cm2,目前控制位错 密度的主要方法是低温生长一层薄GaN作缓冲层，现有传统的生长GaN缓冲层方法仍然具 有较大的位错密度，导致所生长的外延层晶体质量不高。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种LED外延层生长方法，其能 够减少外延层位错密度，提高外延层晶体质量，进而提升LED的光电性能。
[0005] 为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：
[0006] -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、交替生长掺杂In的InxGa(1x)N/GaN发光层、生长P型 AlGaN层、生长掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却，其特征在于，
[0007] 所述生长低温缓冲层GaN为分步周期性在衬底上生长缓冲层，进一步为：
[0008] 在衬底上生长厚度为10nm-20nm的低温缓冲层GaN-Ι，生长温度为500°C_600°C， 反应腔的压力为400mbar-500mbar，通入流量为10000sccm-20000sccm的NH3、 50sccm_100sccm的TMGa、100L/min_130L/min的H2;
[0009] 在低温缓冲层GaN-Ι上生长厚度为10nm-20nm的缓冲层GaN-2，生长温度为 510°C_650°C，反应腔的压力为 320mbar-500mbar，通入流量为 10000sccm-20000sccm的 NH3、55sccm_110sccm的TMGa、100L/min_156L/min的H2;
[0010] 在低温缓冲层GaN-2上生长厚度为10nm-20nm的缓冲层GaN-3，生长温度为 520°C_700°C，反应腔的压力为 256mbar-500mbar，通入流量为 10000sccm-20000sccm的 ΝΗ3、60· 5sccm_121sccm的TMGa、100L/min_187· 2L/min的H2，
[0011] 低温缓冲层GaN-1、GaN-2、GaN-3依次按以上顺序生长3-5个周期。
[0012] 优选地，其中，所述生长低温缓冲层GaN进一步包括：
[0013] 升高温度至1000°C-1100°C下，保持反应腔压力为300mbar-600mbar，通入流量为 30000sccm-40000sccm的NH3、100L/min-130L/min的H2，保持温度稳定，持续 300s-500s，将 低温缓冲层GaN-1、GaN-2、GaN-3腐蚀成不规则小岛。
[0014] 优选地，其中，所述处理衬底为：在1000°C_1100°(：的!12气氛下，通入100L/ min_130L/min的H2,保持反应腔压力100mbar-300mbar，处理蓝宝石衬底8min_10min。
[0015] 优选地，其中，所述生长不掺杂GaN层为：升高温度到1000°C-1200°C，保持反应 腔压力 300mbar-6〇Ombar，通入流量为 30000sccm-40000sccm的NH3、2〇Osccm-400sccm的 TMGa、100L/min-130L/min的H2、持续生长 2μm-4μm的不掺杂GaN层。
[0016] 优选地，其中，所述生长掺杂Si的N型GaN层为：
[0017] 保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、 200sccm_400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、20sccm_50sccm的SiH4，持续生长 3μm_4μm惨杂Si的N型GaN，Si惨杂浓度 5E18atoms/cm3-lE19atoms/cm3;
[0018] 保持反应腔压力、温度不变，通入流量为30000sccm-60000sccm的NH3、 200sccm_400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、2sccm_10sccm的SiH4，持续生长 200nm_400nm惨杂Si的N型GaN，Si惨杂浓度 5E17atoms/cm3-lE18atoms/cm3。
[0019] 优选地，其中，所述交替生长掺杂In的InxGa(1x)N/GaN发光层为：
[0020] 保持反应腔压力300mbar-400mbar、温度700°C-750 °C，通入流量为 50000sccm_70000sccm的NH3、20sccm_40sccm的TMGa、1500sccm_2000sccm的TMIn、100L/ min-130L/min的N2，生长掺杂In的 2. 5nm-3. 5nm的InxGauX)N层，X=(λ20-0. 25,发光波 长 450nm_455nm;
[0021] 接着升高温度至750°C_850°C，保持反应腔压力300mbar-400mbar，通入流量为 50000sccm_70000sccm的NH3、20sccm_100sccm的TMGa、100L/min_130L/min的N2，生长 8nm_15nm的GaN层；
[0022] 重复InxGauX)N的生长，然后重复GaN的生长，交替生长InxGaux)N/GaN发光层，控 制周期数为7-15个。
[0023] 优选地，其中，所述生长P型AlGaN层为：
[0024] 保持反应腔压力200mbar-400mbar、温度900°C-950 °C，通入流量为 50000sccm_70000sccm的NH3、30sccm_60sccm的TMGa、100L/min_130L/min的H2、 100sccm_130sccm的TMA1、1000sccm-1800sccm的Cp2Mg，持续生长 50nm-100nm的P型AlGaN 层，A1 惨杂浓度lE20atoms/cm3-3E20atoms/cm3，Mg惨杂浓度lE19atoms/cm3-lE20atoms/ cm3。
[0025] 优选地，其中，所述生长掺Mg的P型GaN层为：
[0026] 保持反应腔压力400mbar-900mbar、温度950°C-1000 °C，通入流量为 50000sccm_70000sccm的NH3、20sccm_100sccm的TMGa、100L/min_130L/min的H2、 1000sccm-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50nm-200nm的掺Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度 lE19atoms/cm3-lE20atoms/cm3〇
[0027] 优选地，其中，所述降温冷却为：降温至650°C_680°C，保温20min-30min，接着关 闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
[0028] 与现有技术相比，本申请所述的方法，达到了如下效果：
[0029] 第一，现有外延技术中在蓝宝石A1203基板上生长GaN材料，因为A1 203材料和GaN 材料存在着约13%的晶格失配，带来的影响是GaN材料位错密度高达109根/cm2,本发明 LED外延层生长方法中，通过规律性地改变生长条件，分步周期性生长缓冲层GaN，跟传统 方式相比，能够更大程度降低LED外延层位错密度，提高外延层晶体质量，进而有利于提升 LED的光电性能。
[0030] 第二，利用本发明LED外延层生长方法制作的外延层的晶体质量较优，制作的LED 器件亮度高、电压低、漏电小。
【附图说明】
[0031] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申 请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0032] 图1为本发明实施例1中LED外延层的结构示意图；
[0033] 图2为对比实施例1中LED外延层的结构示意图；
[0034] 其中，1、衬底，2、缓冲层GaN-l，3、缓冲层GaN-2,4、缓冲层GaN-3,5、连续生长3-5 个周期的缓冲层，6、不掺杂GaN，7、掺杂Si的N型GaN，8、InxGaux)N，9、GaN，10、P型AlGaN， 11、P型GaN，12、缓冲层GaN。
【具体实施方式】
[0035] 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。
[0036] 实施例1
[0037] 参见图1，本发明运用M0CVD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和高纯化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（TMA1)作为铝 源，P型掺杂剂为二茂镁（CP2Mg)，衬底为（0001)面蓝宝石，反应压力在lOOmbar到800mbar 之间。具体生长方式如下：
[0038] 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、交替生长掺杂In的InxGa(1x)N/GaN发光层、生长P型 AlGaN层、生