本發(fā)明涉及發(fā)光二極管外延層生長(zhǎng)的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種發(fā)光二極管應(yīng)力釋放層的外延生長(zhǎng)方法。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱LED)，是半導(dǎo)體二極管的一種，是一種可以把電能轉(zhuǎn)化成光能的設(shè)備。LED產(chǎn)品具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而廣受人們喜愛。目前LED市場(chǎng)追求的是高亮度的LED產(chǎn)品，傳統(tǒng)的LED結(jié)構(gòu)主要包括：基板、低溫緩沖層GaN、不摻雜Si的GaN層、摻雜Si的GaN層、發(fā)光層、摻雜Mg、Al的GaN層、高溫?fù)诫sMg的GaN、錫氧化銦(IndiumTinOxide，簡(jiǎn)稱ITO)層、SiO₂保護(hù)層、P電極及N電極。

如圖1所示，為傳統(tǒng)的LED外延生長(zhǎng)方法的流程示意圖，傳統(tǒng)的LED外延生長(zhǎng)方法包括如下步驟：

步驟101、在1000-1100℃的的氫氣氣氛下，通入100L/min-130L/min的H₂，保持反應(yīng)腔壓力100-300mbar(氣壓?jiǎn)挝?，處理藍(lán)寶石襯底5-10分鐘；

步驟102、降溫至500-600℃下，保持反應(yīng)腔壓力300-600mbar，通入流量為10000-20000sccm(sccm備注標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘)的NH₃、50-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H₂、在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)厚度為20-40nm的低溫緩沖層GaN；

步驟103、升高溫度1000-1100℃下，保持反應(yīng)腔壓力300-600mbar，通入流量為30000-40000sccm的NH₃、100L/min-130L/min的H₂、保持溫度穩(wěn)定持續(xù)300-500秒，對(duì)低溫緩沖層GaN進(jìn)行高溫退火處理；

步驟104、升高溫度到1000-1200℃，保持反應(yīng)腔壓力300-600mbar，通入流量為30000-40000sccm(sccm備注標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘)的NH₃、200-400sccm的TMGa及100-130L/min的H₂，持續(xù)生長(zhǎng)2-4μm的不摻雜GaN層；

步驟105、保持反應(yīng)腔壓力、溫度不變，通入流量為30000-60000sccm(sccm備注標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘)的NH₃、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2及20-50sccm的SiH₄，持續(xù)生長(zhǎng)3-4μm第一摻雜Si的N型GaN層，其中，Si摻雜濃度5E18-1E19atoms/cm³(備注1E19代表10的19次方也就是10^19，以此類推)；

步驟106、保持反應(yīng)腔壓力、溫度不變，通入流量為30000-60000sccm(sccm備注標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘)的NH₃、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H₂、2-10sccm的SiH₄持續(xù)生長(zhǎng)200-400nm第二摻雜Si的N型GaN層，其中，Si摻雜濃度5E17-1E18atoms/cm³；

步驟107、保持反應(yīng)腔壓力300-400mbar、溫度750-850℃通入流量為30000-60000sccm(sccm備注標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘)的NH₃、20-40sccm的TMGa、100-130L/min的N2及2-10sccm的SiH₄，持續(xù)生長(zhǎng)50-100nm摻雜Si的nGaN層，其中，Si摻雜濃度1E18-5E18atoms/cm³；

步驟108、保持反應(yīng)腔壓力300-400mbar、溫度700-750℃，通入流量為50000-70000sccm的NH₃、100-200sccm的TEGa、1500-2000sccm的TMIn、100-130L/min的N₂，生長(zhǎng)摻雜In的2.5-3.5nmInxGa(1-x)N(x＝0.20-0.25)，發(fā)光波長(zhǎng)450-455nm；接著升高溫度750-850℃，保持反應(yīng)腔壓力300-400mbar通入流量為50000-70000sccm的NH₃、200-400sccm的TEGa、100-130L/min的N₂，生長(zhǎng)8-15nm的GaN層；然后重復(fù)In_xGa_(1-x)N的生長(zhǎng)，然后重復(fù)GaN的生長(zhǎng)，交替生長(zhǎng)In_xGa_(1-x)N/GaN發(fā)光層，控制周期數(shù)為7-15個(gè)；

步驟109、保持反應(yīng)腔壓力200-400mbar、溫度900-950℃，通入流量為50000-70000sccm的NH₃、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H₂、100-130sccm的TMA1、1000-1300sccm的Cp₂Mg，持續(xù)生長(zhǎng)50-100nm的P型AlGaN層，Al摻雜濃度1E20-3E20atoms/cm³，Mg摻雜濃度1E19-1E20atoms/cm³；

步驟110、保持反應(yīng)腔壓力400-900mbar、溫度950-1000℃，通入流量為50000-70000sccm的NH₃、20-100sccm的TMGa、100-130L/min的H₂、1000-3000sccm的Cp₂Mg，持續(xù)生長(zhǎng)50-200nm的摻鎂的P型GaN層，Mg摻雜濃度1E19-1E20atoms/cm³；

步驟111、最后降溫至650-680℃，保溫20-30min，接著關(guān)閉加熱系統(tǒng)、關(guān)閉給氣系統(tǒng)，隨爐冷卻。

如圖2所示，為通過傳統(tǒng)的LED外延生長(zhǎng)方法制備得到的LED結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的LED結(jié)構(gòu)包括如下結(jié)構(gòu)：襯底201、低溫緩沖層GaN202、不摻雜GaN層203、第一摻雜Si的N型GaN層204、第二摻雜Si的N型GaN層205、nGaN層206、發(fā)光層207、P型AlGaN層208、摻鎂的P型GaN層209、ITO層210、SiO₂保護(hù)層211、P電極212及N電極213。

傳統(tǒng)的LED外延生長(zhǎng)方法會(huì)導(dǎo)致N型GaN層和發(fā)光層之間存在很大的晶格失配，因?yàn)楫?dāng)在N型GaN層上生長(zhǎng)另一種物質(zhì)的單晶層(發(fā)光層)時(shí)，由于這兩種物質(zhì)的晶格常數(shù)不同，會(huì)在生長(zhǎng)界面附近產(chǎn)生應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生晶體缺陷-即失配位錯(cuò)。專業(yè)上通常把這種由于襯底和外延層的晶格常數(shù)不同而產(chǎn)生的失配現(xiàn)象叫晶格失配。晶格失配導(dǎo)致發(fā)光層中的電子和空穴復(fù)合效率偏低，致使出現(xiàn)LED發(fā)光亮度不高、光效差等問題。

因此，提供一種能夠解決晶格失配以提高LED發(fā)光效率的LED的外延生長(zhǎng)方法的方案是本領(lǐng)域亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管應(yīng)力釋放層的外延生長(zhǎng)方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管外延層生長(zhǎng)導(dǎo)致N型GaN層和發(fā)光層之間存在很大的晶格失配的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種發(fā)光二極管應(yīng)力釋放層的外延生長(zhǎng)方法，包括：處理襯底、生長(zhǎng)低溫緩沖層GaN、在1000-1100℃的溫度條件下通入NH₃及H₂將所述低溫緩沖層GaN腐蝕成不規(guī)則的島狀、生長(zhǎng)不摻雜的GaN層、生長(zhǎng)第一摻雜Si的N型GaN層；生長(zhǎng)第二摻雜Si的N型GaN層、生長(zhǎng)第三摻雜Si的N型GaN層、生長(zhǎng)第一應(yīng)力釋放層、生長(zhǎng)第二應(yīng)力釋放層、生長(zhǎng)nGaN層、生長(zhǎng)發(fā)光層、生長(zhǎng)P型AlGaN層、生長(zhǎng)摻鎂的P型GaN層及降溫冷卻；其中，

生長(zhǎng)第一應(yīng)力釋放層，進(jìn)一步為：

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、100-200sccm的TMGa、50-100sccm的TEGa、500-1000sccm的TMIn、100-130L/min的N₂及0.5-2sccm的SiH₄，生長(zhǎng)96-180nm的第一應(yīng)力釋放層；

生長(zhǎng)第二應(yīng)力釋放層，進(jìn)一步為：

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、200-500sccm的TEGa、1500-2000sccm的TMIn、100-130L/min的N₂、0.5-1sccm的SiH₄，生長(zhǎng)30-108nm的第二應(yīng)力釋放層。

進(jìn)一步地，其中，生長(zhǎng)第一應(yīng)力釋放層，進(jìn)一步為：

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、50-100sccm的TEGa、500-1000sccm的TMIn、100-130L/min的N₂及0.5-1sccm的SiH₄，生長(zhǎng)2-3nm的第一nInGaN層，其中，In摻雜濃度為1E18-5E18atoms/cm³，Si摻雜濃度為1E17-5E17atoms/cm³；

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、100-200sccm的TMGa、100-130L/min的N₂及1-2sccm的SiH₄，生長(zhǎng)30-40nm的第一nGaN層，其中，Si摻雜濃度5E17-1E18atoms/cm³；

周期性生長(zhǎng)所述第一nInGaN層及nGaN層得到第一應(yīng)力釋放層，其中，生長(zhǎng)周期為3-4。

進(jìn)一步地，其中，生長(zhǎng)第二應(yīng)力釋放層，進(jìn)一步為：

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、200-500sccm的TEGa、1500-2000sccm的TMIn、100-130L/min的N₂及0.5-1sccm的SiH₄，生長(zhǎng)1-4nm的第二nInGaN層，其中，In摻雜濃度為5E19-1E20atoms/cm³，Si摻雜濃度為1E17-5E17atoms/cm³；

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、200-400sccm的TEGa、100-130L/min的N₂及0.05-1sccm的SiH₄，生長(zhǎng)1-4nm的第二nGaN層，其中，Si摻雜濃度為1E17-5E17atoms/cm³；

周期性生長(zhǎng)所述第二nInGaN層及第二nGaN層得到第二應(yīng)力釋放層，其中，生長(zhǎng)周期為15-18。

進(jìn)一步地，其中，生長(zhǎng)低溫緩沖層GaN，進(jìn)一步為：

在500-600℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-600mbar，通入流量為10000-20000sccm的NH₃、50-100sccm的TMGa及100L/min-130L/min的H₂，在所述襯底上生長(zhǎng)厚度為20-40nm的低溫緩沖層GaN。

進(jìn)一步地，其中，生長(zhǎng)不摻雜的GaN層，進(jìn)一步為：

在1000-1200℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-600mbar，通入流量為30000-40000sccm的NH₃、200-400sccm的TMGa及100-130L/min的H₂，持續(xù)生長(zhǎng)2-4μm的不摻雜的GaN層。

進(jìn)一步地，其中，生長(zhǎng)第一摻雜Si的N型GaN層，進(jìn)一步為：

在1000-1200℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-600mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H₂及20-50sccm的SiH₄，持續(xù)生長(zhǎng)3-4μm第一摻雜Si的N型GaN，其中，Si摻雜濃度5E18-1E19atoms/cm³。

進(jìn)一步地，其中，生長(zhǎng)第二摻雜Si的N型GaN層，進(jìn)一步為：

在1000-1200℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-600mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H₂、2-10sccm的SiH₄，持續(xù)生長(zhǎng)200-400nm第二摻雜Si的N型GaN，其中，Si摻雜濃度5E17-1E18atoms/cm³。

進(jìn)一步地，其中，生長(zhǎng)第三摻雜Si的N型GaN層，進(jìn)一步為：

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、20-40sccm的TMGa、500-1000sccm的TMIn、100-130L/min的N₂及2-10sccm的SiH₄，持續(xù)生長(zhǎng)50-100nm的第三摻雜Si的N型GaN層，其中，Si摻雜濃度1E18-5E18atoms/cm³。

進(jìn)一步地，其中，生長(zhǎng)nGaN層，進(jìn)一步為：

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、200-400sccm的TEGa、100-130L/min的N₂及1-5sccm的SiH₄，持續(xù)生長(zhǎng)5-10nm的nGaN層，其中，Si摻雜濃度1E18-3E18atoms/cm³。

進(jìn)一步地，其中，生長(zhǎng)發(fā)光層，進(jìn)一步為：

在700-750℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力300-400mbar，通入流量為50000-70000sccm的NH₃、100-200sccm的TEGa、1500-2000sccm的TMIn及100-130L/min的N₂，生長(zhǎng)摻雜In的2.5-3.5nm、發(fā)光波長(zhǎng)為450-455nm的In_xGa_(1-x)N層(x＝0.20-0.25)；

升高溫度至750-850℃，保持反應(yīng)腔壓力為300-400mbar，通入流量為50000-70000sccm的NH₃、200-400sccm的TEGa及100-130L/min的N₂，生長(zhǎng)8-15nm的GaN層；

周期性交替生長(zhǎng)In_xGa_(1-x)N層及GaN層，得到In_xGa_(1-x)N/GaN的發(fā)光層，其中，生長(zhǎng)周期數(shù)為7-15。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的發(fā)光二極管應(yīng)力釋放層的外延生長(zhǎng)方法，實(shí)現(xiàn)了如下的有益效果：

(1)本發(fā)明所述的發(fā)光二極管應(yīng)力釋放層的外延生長(zhǎng)方法，通過在發(fā)光二極管的N型GaN層和發(fā)光層之間生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層，通過不同厚度、不同濃度的nGaN和nInGaN的組合，將nGaN的晶格逐步放大至InGaN的晶格，在此基礎(chǔ)上生長(zhǎng)含InGaN材料的發(fā)光層，使得發(fā)光層的InGaN和GaN達(dá)到完全弛豫的狀態(tài)，從而消除了LED中晶格失配帶來的應(yīng)力。

(2)本發(fā)明所述的發(fā)光二極管應(yīng)力釋放層的外延生長(zhǎng)方法，通過在發(fā)光二極管的N型GaN層和發(fā)光層之間生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層，使得電子和空穴在K空間(k空間是尋?？臻g在傅利葉轉(zhuǎn)換下的對(duì)偶空間)的波函數(shù)重疊度增加，從而增加了單位時(shí)間內(nèi)復(fù)合產(chǎn)生的光子數(shù)目，進(jìn)而增強(qiáng)了發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度和效率。

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品必不特定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有技術(shù)效果。

通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。

附圖說明

被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1為傳統(tǒng)的LED外延生長(zhǎng)方法的流程示意圖；

圖2為通過傳統(tǒng)的LED外延生長(zhǎng)方法制備得到的LED結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中所述發(fā)光二極管應(yīng)力釋放層的外延生長(zhǎng)方法的流程示意圖；

圖4為利用本發(fā)明實(shí)施例1所述的LED外延生長(zhǎng)方法制備得到的LED結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2所述發(fā)光二極管應(yīng)力釋放層的外延生長(zhǎng)方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到：除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。

以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。

對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說明書的一部分。

在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它例子可以具有不同的值。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。

實(shí)施例1

如圖3所示，為本實(shí)施例中發(fā)光二極管應(yīng)力釋放層的外延生長(zhǎng)方法的流程示意圖。在本實(shí)施例中，運(yùn)用MOCVD(金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)來生長(zhǎng)高亮度GaN基的LED外延片，采用高純H₂或高純N₂或高純H₂和高純N₂的混合氣體作為載氣，高純NH₃作為N源，金屬有機(jī)源三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)作為鎵源，三甲基銦(TMIn)作為銦源，N型摻雜劑為硅烷(SiH₄)，三甲基鋁(TMAl)作為鋁源，P型摻雜劑為二茂鎂(CP₂Mg)，襯底藍(lán)寶石襯底，反應(yīng)壓力在70mbar到900mbar之間，具體生長(zhǎng)方法步驟如下：

步驟301、在1000-1100℃的氫氣氣氛下，通入100L/min-130L/min的H₂，保持反應(yīng)腔壓力為100-300mbar，處理藍(lán)寶石襯底5-10分鐘。

步驟302、生長(zhǎng)低溫緩沖層GaN。

步驟303、在1000-1100℃的溫度條件下通入NH₃及H₂將所述低溫緩沖層GaN腐蝕成不規(guī)則的島狀。

步驟304、生長(zhǎng)不摻雜的GaN層。

步驟305、生長(zhǎng)第一摻雜Si的N型GaN層。

步驟306、生長(zhǎng)第二摻雜Si的N型GaN層。

步驟307、生長(zhǎng)第三摻雜Si的N型GaN層。

步驟308、生長(zhǎng)第一應(yīng)力釋放層：在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、100-200sccm的TMGa、50-100sccm的TEGa、500-1000sccm的TMIn、100-130L/min的N₂及0.5-2sccm的SiH₄，生長(zhǎng)96-180nm的第一應(yīng)力釋放層(即SL1應(yīng)力釋放層)。

步驟309、生長(zhǎng)第二應(yīng)力釋放層：在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、200-500sccm的TEGa、1500-2000sccm的TMIn、100-130L/min的N₂、0.5-1sccm的SiH₄，生長(zhǎng)30-108nm的第二應(yīng)力釋放層(即SL2應(yīng)力釋放層)。

步驟310、生長(zhǎng)nGaN層。

步驟311、生長(zhǎng)發(fā)光層。

步驟312、生長(zhǎng)P型AlGaN層：在900-950℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力200-400mbar，通入流量為50000-70000sccm的NH₃、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H₂、100-130sccm的TMA1及1000-1300sccm的Cp₂Mg，持續(xù)生長(zhǎng)50-100nm的P型AlGaN層，其中，Al摻雜濃度為1E20-3E20atoms/cm³，Mg摻雜濃度為1E19-1E20atoms/cm³。

步驟313、生長(zhǎng)摻鎂的P型GaN層：在950-1000℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力400-900mbar，通入流量為50000-70000sccm的NH₃、20-100sccm的TMGa、100-130L/min的H₂及1000-3000sccm的Cp₂Mg，持續(xù)生長(zhǎng)50-200nm的摻鎂的P型GaN層，其中，Mg摻雜濃度為1E19-1E20atoms/cm³。

步驟314、降溫冷卻：最后降溫至650-680℃，保溫20-30min，接著關(guān)閉加熱系統(tǒng)、關(guān)閉給氣系統(tǒng)，隨爐冷卻。

在本實(shí)施例的LED外延生長(zhǎng)方法中，生長(zhǎng)SL1應(yīng)力釋放層及SL2應(yīng)力釋放層，通過不同厚度、不同濃度的nGaN及nInGaN的組合，將nGaN的晶格逐步放大至InGaN的晶格，在此基礎(chǔ)上生長(zhǎng)含InGaN的發(fā)光層，使得發(fā)光層的InGaN和GaN達(dá)到完全弛豫的狀態(tài)，晶格失配帶來的應(yīng)力基本得到消除，電子和空穴在K空間的波函數(shù)重疊度增加，單位時(shí)間內(nèi)復(fù)合產(chǎn)生的光子數(shù)目增加，進(jìn)而使得發(fā)光強(qiáng)度和效率得到增強(qiáng)。

實(shí)施例2

如圖5所示，為本實(shí)施例所述發(fā)光二極管應(yīng)力釋放層的外延生長(zhǎng)方法的流程示意圖。本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上說明了生長(zhǎng)第一應(yīng)力釋放層及第二應(yīng)力釋放層的具體內(nèi)容，本實(shí)施例所述的方法包括如下步驟：

步驟501、在1000-1100℃的氫氣氣氛下，通入100L/min-130L/min的H₂，保持反應(yīng)腔壓力為100-300mbar，處理藍(lán)寶石襯底5-10分鐘。

步驟502、生長(zhǎng)低溫緩沖層GaN，具體為：

在500-600℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力300-600mbar，通入流量為10000-20000sccm(sccm表示標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘)的NH₃、50-100sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H₂、在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)厚度為20-40nm的低溫緩沖層GaN。

步驟503、在1000-1100℃的溫度條件下通入NH₃及H₂將所述低溫緩沖層GaN腐蝕成不規(guī)則的島狀。

步驟504、生長(zhǎng)不摻雜的GaN層，具體為：

在1000-1200℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-600mbar，通入流量為30000-40000sccm的NH₃、200-400sccm的TMGa及100-130L/min的H₂，持續(xù)生長(zhǎng)2-4μm的不摻雜的GaN層。

步驟505、生長(zhǎng)第一摻雜Si的N型GaN層，具體為：

在1000-1200℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-600mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H₂及20-50sccm的SiH₄，持續(xù)生長(zhǎng)3-4μm第一摻雜Si的N型GaN，其中，Si摻雜濃度5E18-1E19atoms/cm³。

步驟506、生長(zhǎng)第二摻雜Si的N型GaN層，具體為：

在1000-1200℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-600mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H₂、2-10sccm的SiH₄，持續(xù)生長(zhǎng)200-400nm第二摻雜Si的N型GaN，其中，Si摻雜濃度5E17-1E18atoms/cm³。

步驟507、生長(zhǎng)第三摻雜Si的N型GaN層，具體為：

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、20-40sccm的TMGa、500-1000sccm的TMIn、100-130L/min的N₂及2-10sccm的SiH₄，持續(xù)生長(zhǎng)50-100nm的第三摻雜Si的N型GaN層，其中，Si摻雜濃度1E18-5E18atoms/cm³。

步驟508、生長(zhǎng)第一應(yīng)力釋放層：在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、100-200sccm的TMGa、50-100sccm的TEGa、500-1000sccm的TMIn、100-130L/min的N₂及0.5-2sccm的SiH₄，生長(zhǎng)96-180nm的第一應(yīng)力釋放層(即SL1應(yīng)力釋放層)。

生長(zhǎng)第一應(yīng)力釋放層，具體為：

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、50-100sccm的TEGa、500-1000sccm的TMIn、100-130L/min的N₂及0.5-1sccm的SiH₄，生長(zhǎng)2-3nm的第一nInGaN層，其中，In摻雜濃度為1E18-5E18atoms/cm³，Si摻雜濃度為1E17-5E17atoms/cm³；

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、100-200sccm的TMGa、100-130L/min的N₂及1-2sccm的SiH₄，生長(zhǎng)30-40nm的第一nGaN層，其中，Si摻雜濃度5E17-1E18atoms/cm³；

周期性生長(zhǎng)所述第一nInGaN層及nGaN層得到第一應(yīng)力釋放層，其中，生長(zhǎng)周期為3-4，其中，第一nInGaN層及第一nGaN層的生長(zhǎng)順序可以調(diào)換。

步驟509、生長(zhǎng)第二應(yīng)力釋放層，在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、200-500sccm的TEGa、1500-2000sccm的TMIn、100-130L/min的N₂、0.5-1sccm的SiH₄，生長(zhǎng)30-108nm的第二應(yīng)力釋放層(即SL2應(yīng)力釋放層)。

生長(zhǎng)第二應(yīng)力釋放層，具體為：

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、200-500sccm的TEGa、1500-2000sccm的TMIn、100-130L/min的N₂及0.5-1sccm的SiH₄，生長(zhǎng)1-4nm的第二nInGaN層，其中，In摻雜濃度為5E19-1E20atoms/cm³，Si摻雜濃度為1E17-5E17atoms/cm³；

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、200-400sccm的TEGa、100-130L/min的N₂及0.05-1sccm的SiH₄，生長(zhǎng)1-4nm的第二nGaN層，其中，Si摻雜濃度為1E17-5E17atoms/cm³；

周期性生長(zhǎng)所述第二nInGaN層及第二nGaN層得到第二應(yīng)力釋放層，其中，生長(zhǎng)周期為15-18，其中，第二nInGaN層及第二nGaN層的生長(zhǎng)順序可以調(diào)換。。

步驟510、生長(zhǎng)nGaN層，具體為：

在750-850℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力為300-400mbar，通入流量為30000-60000sccm的NH₃、200-400sccm的TEGa、100-130L/min的N₂及1-5sccm的SiH₄，持續(xù)生長(zhǎng)5-10nm的nGaN層，其中，Si摻雜濃度1E18-3E18atoms/cm³。

步驟511、生長(zhǎng)發(fā)光層，具體為：

在700-750℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力300-400mbar，通入流量為50000-70000sccm的NH₃、100-200sccm的TEGa、1500-2000sccm的TMIn及100-130L/min的N₂，生長(zhǎng)摻雜In的2.5-3.5nm、發(fā)光波長(zhǎng)為450-455nm的In_xGa_(1-x)N層(x＝0.20-0.25)；

升高溫度至750-850℃，保持反應(yīng)腔壓力為300-400mbar，通入流量為50000-70000sccm的NH₃、200-400sccm的TEGa及100-130L/min的N₂，生長(zhǎng)8-15nm的GaN層；

周期性交替生長(zhǎng)In_xGa_(1-x)N層及GaN層，得到In_xGa_(1-x)N/GaN的發(fā)光層，其中，生長(zhǎng)周期數(shù)為7-15。

步驟512、生長(zhǎng)P型AlGaN層：在900-950℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力200-400mbar，通入流量為50000-70000sccm的NH₃、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H₂、100-130sccm的TMAl及1000-1300sccm的Cp₂Mg，持續(xù)生長(zhǎng)50-100nm的P型AlGaN層，其中，Al摻雜濃度為1E20-3E20atoms/cm³，Mg摻雜濃度為1E19-1E20atoms/cm³。

步驟513、生長(zhǎng)摻鎂的P型GaN層：在950-1000℃的溫度條件下，保持反應(yīng)腔壓力400-900mbar，通入流量為50000-70000sccm的NH₃、20-100sccm的TMGa、100-130L/min的H₂及1000-3000sccm的Cp₂Mg，持續(xù)生長(zhǎng)50-200nm的摻鎂的P型GaN層，其中，Mg摻雜濃度為1E19-1E20atoms/cm³。

步驟514、降溫冷卻：最后降溫至650-680℃，保溫20-30min，接著關(guān)閉加熱系統(tǒng)、關(guān)閉給氣系統(tǒng)，隨爐冷卻。

通過本實(shí)施例所述的LED外延生長(zhǎng)方法制備得到的LED結(jié)構(gòu)如圖4所示，分別包括如下結(jié)構(gòu)：襯底401、低溫緩沖層GaN402、不摻雜的GaN層403、摻雜Si的N型GaN層404、摻雜In、Si的GaN材料405、SL1層406(包括：第一nInGaN層461和第一nGaN層462)、SL2層407(包括：第二nInGaN層471和第二nGaN層472)、nGaN層408、發(fā)光層409(包括：In_xGa_(1-x)N層491及GaN層492)、P型AlGaN層410、摻鎂的P型GaN層411、ITO層412、SiO₂保護(hù)層413、P電極414及N電極415。

在本實(shí)施例中，將在LED的N型GaN層和發(fā)光層之間生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層，通過In、Ga、Si、N元素的重新組合將應(yīng)力釋放層設(shè)計(jì)為nInGaN/nGaN超晶格層，通過nGaN中摻雜不同的In將原本nGaN晶格逐步放大接近InGaN晶格。

在生長(zhǎng)發(fā)光層InGaN/GaN超晶格時(shí)，生長(zhǎng)InGaN層能獲得比較好晶體質(zhì)量的InGaN核心發(fā)光層，InGaN核心發(fā)光層因?yàn)樯L(zhǎng)在應(yīng)力釋放層基礎(chǔ)上，兩者晶格比較接近。InGaN核心發(fā)光層晶格不被拉扯，相對(duì)來說晶格原子不受應(yīng)力排布整齊，晶體質(zhì)量比較好，在nGaN核心發(fā)光層生長(zhǎng)的GaN，因?yàn)楹穸缺容^薄，約8-12nm，晶格完全弛豫晶格接近InGaN核心發(fā)光層，再此基礎(chǔ)上交替生長(zhǎng)InGaN核心發(fā)光層和GaN層能獲得較好的發(fā)光層。

相反，如果nGaN基礎(chǔ)上沒有應(yīng)力釋放層作為晶格過渡，nGaN因?yàn)楦邷厣L(zhǎng)晶體質(zhì)量比較好晶格排布整齊，再此基礎(chǔ)上生長(zhǎng)InGaN核心發(fā)光層，InGaN核心發(fā)光層晶格大于nGaN材料，InGaN核心發(fā)光層受到很強(qiáng)力的應(yīng)力，原子排列不整齊，再此基礎(chǔ)上生長(zhǎng)的GaN也是排列不整齊，導(dǎo)致發(fā)光層晶體不高，位錯(cuò)比較多，電子和空穴復(fù)合效率比較低，導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度和效率相對(duì)較低。

實(shí)施例3

根據(jù)傳統(tǒng)的LED的生長(zhǎng)方法制備得到樣品1；根據(jù)本專利描述的方法制備樣品2。樣品1和樣品2外延生長(zhǎng)方法參數(shù)不同點(diǎn)在于摻雜Si的N型GaN層的生長(zhǎng)條件不一樣：生長(zhǎng)其它外延層生長(zhǎng)條件完全一樣(具體參見考表1)。

樣品1和樣品2在相同的前工藝條件下鍍ITO層約150nm，相同的條件下鍍Cr/Pt/Au電極約1500nm，相同的條件下鍍SiO₂保護(hù)層約100nm，然后在相同的條件下將樣品研磨切割成635μm*635μm(25mil*25mil)的芯片顆粒。

然后在相同位置從樣品1和樣品2中各自挑選100顆晶粒，在相同的封裝工藝下，封裝成白光LED。然后采用積分球在驅(qū)動(dòng)電流350mA條件下測(cè)試樣品1和樣品2的光電性能。測(cè)試結(jié)果詳情參見表2。

表1、傳統(tǒng)方法與本發(fā)明方法生長(zhǎng)摻雜Si的N型GaN層的參數(shù)對(duì)比表

在表1中，樣品1采用傳統(tǒng)的方法生長(zhǎng)摻雜Si的N型GaN層，包括：第一摻雜Si的N型GaN層及第二摻雜Si的N型GaN層。樣品2采用本發(fā)明的方法生長(zhǎng)摻雜Si的N型GaN層，包括：第一摻雜Si的N型GaN層、第二摻雜Si的N型GaN層、第一應(yīng)力釋放層、第二應(yīng)力釋放層及nGaN層。

表2、樣品1與樣品2的產(chǎn)品電性參數(shù)測(cè)試結(jié)果比較表

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)分析結(jié)論：將積分球獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，對(duì)應(yīng)表2本發(fā)明的LED光效從132.02Lm/w提升至143.59Lm/w，其他參數(shù)相差不大；說明本發(fā)明設(shè)計(jì)的外延生長(zhǎng)方法提高LED發(fā)光強(qiáng)度和效率的可行性。

通過以上各個(gè)實(shí)施例可知，本發(fā)明的發(fā)光二極管應(yīng)力釋放層的外延生長(zhǎng)方法，存在的有益效果是：

(1)本發(fā)明所述的發(fā)光二極管應(yīng)力釋放層的外延生長(zhǎng)方法，通過在發(fā)光二極管的N型GaN層和發(fā)光層之間生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層，通過不同厚度、不同濃度的nGaN和nInGaN的組合，將nGaN的晶格逐步放大至InGaN的晶格，在此基礎(chǔ)上生長(zhǎng)含InGaN材料的發(fā)光層，使得發(fā)光層的InGaN和GaN達(dá)到完全弛豫的狀態(tài)，從而消除了LED中晶格失配帶來的應(yīng)力。

(2)本發(fā)明所述的發(fā)光二極管應(yīng)力釋放層的外延生長(zhǎng)方法，通過在發(fā)光二極管的N型GaN層和發(fā)光層之間生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層，使得電子和空穴在K空間(k空間是尋常空間在傅利葉轉(zhuǎn)換下的對(duì)偶空間)的波函數(shù)重疊度增加，從而增加了單位時(shí)間內(nèi)復(fù)合產(chǎn)生的光子數(shù)目，進(jìn)而增強(qiáng)了發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度和效率。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、裝置、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、CD-ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

雖然已經(jīng)通過例子對(duì)本發(fā)明的一些特定實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上例子僅是為了進(jìn)行說明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，對(duì)以上實(shí)施例進(jìn)行修改。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求來限定。