LED外延生長方法與流程
本發明涉及半導體器件技術，尤其涉及一種發光二極管(Light Emitting Diode，LED)外延生長方法。
背景技術：
量子阱發光層作為LED外延片的關鍵技術層，決定LED的一些光電參數以及LED的最終亮度。
傳統LED外延生產方法中，如圖1所示，其中量子阱發光層的結構是銦氮化鎵(InGaN)作為阱層，氮化鎵(GaN)作為壘層，其中，在生長溫度750-780℃下，InGaN層的厚度為3-4nm，在生長溫度850-880℃下，GaN層的厚度為5-9nm，且生長階段保持恒溫。然而，這種方法在生產阱層時會產生大量位錯，影響LED的發光效率。通常采用增大壘層的厚度來減少位錯的影響，但仍會使得LED的發光效率降低。
技術實現要素：
本發明提供一種LED外延生長方法，以克服現有的LED外延生產方法中由于采用增大壘層的厚度來減少位錯的影響，仍會帶來LED的發光效率降低的問題。
本發明提供一種LED外延生長方法，包括：從下往上依次生長襯底、緩沖層、非摻雜的GaN層、N型摻雜的GaN層；
在所述N型摻雜的GaN層之上生長量子阱發光層，其中所述量子阱發光層的能級發生漸變，所述量子阱發光層從下往上依次包括InGaN層、銦組分遞減的InxGa1-xN層、第一GaN層、第二GaN層；
其中，所述第一GaN層是在第一溫度下以橫向生長方式形成的，所述第二GaN層是在第二溫度下以橫向生長方式形成的，所述第一溫度低于所述第二溫度，所述第一GaN層的厚度小于第二GaN層的厚度；
在所述量子阱發光層之上從下往上依次生長P型摻雜的GaN層、P型金屬接觸層。
可選地，在生產溫度為760-790℃下，所述InGaN層的厚度為3nm-5nm。
可選地，在生產溫度為760-790℃下，所述銦組分遞減的InxGa1-xN層的厚度為1nm-4nm，其中0.05<x<0.2。
可選地，在生產溫度為780-820℃下，所述第一GaN層的厚度為1nm-4nm。
可選地，在生產溫度為800-880℃下，所述第二GaN層的厚度為4nm-10nm。
可選地，所述InGaN層、所述銦組分遞減的InxGa1-xN層、所述第一GaN層、所述第二GaN層為一組，交替生長周期為7-15組。
本發明提供的LED外延生長方法，通過在量子阱發光層中的InGaN層上生長銦組分遞減的InxGa1-xN層、第一GaN層，不僅起到能級的漸變作用，且使得晶格誤差造成的位錯影響明顯降低，還用一層保護薄膜將位錯完全阻隔，有效提高了量子阱發光層的發光效率，提升了LED芯片的電學性能。
附圖說明
圖1為現有的LED外延生長方法的結構示意圖；
圖2為本發明提供的LED外延生長方法的結構示意圖；
圖3為本發明提供的LED外延生長方法的流程圖；
圖4為本發明提供的LED外延生長方法的量子阱發光層的能級示意圖；
圖5為本發明提供的LED外延生長方法的量子阱發光層的生長溫度與厚度示意圖。
具體實施方式
圖2為本發明提供的LED外延生長方法的結構示意圖，圖3為本發明提供的LED外延生長方法的流程圖，圖4為本發明提供的LED外延生長方法的量子阱發光層的能級示意圖，如圖3所示，本實施例的LED外延生長方法包括：
步驟101、從下往上依次生長襯底、緩沖層、非摻雜的GaN層、N型摻雜的GaN層。
步驟102、在N型摻雜的GaN層之上生長量子阱發光層，其中量子阱發光層的能級發生漸變，量子阱發光層從下往上依次包括InGaN層、銦組分遞減的InxGa1-xN層、第一GaN層、第二GaN層；
其中，第一GaN層是在第一溫度下以橫向生長方式形成的，第二GaN層是在第二溫度下以橫向生長方式形成的，第一溫度低于第二溫度，第一GaN層的厚度小于第二GaN層的厚度。
步驟103、在量子阱發光層之上從下往上依次生長P型摻雜的GaN層、P型金屬接觸層。
具體地，如圖1和圖2所示，在步驟101中的襯底、緩沖層、非摻雜的GaN層、N型摻雜的GaN層，以及在步驟103中的P型摻雜的GaN層、P型金屬接觸層與現有技術采用的方法相同，此處不再贅述。
在步驟102中，本實施中的量子阱發光層包括InGaN層、銦組分遞減的InxGa1-xN層、第一GaN層、第二GaN層。本領域技術人員可以理解，由于鎵組分和銦組分的改變，使得量子阱發光層的能級發生改變。一般地，鎵組分摩爾比的升高，會使得量子阱發光層的能級升高；銦組分摩爾比的升高，會使得量子阱發光層的能級降低。本實施例中量子阱發光層的能級示意圖，如圖4所示，其中，橫坐標為量子阱發光層中的各層，縱坐標為各層的能級。
具體地，在N型摻雜的GaN層上生長InGaN層，可看出銦組分的摩爾比增高，鎵組分的摩爾比降低，使得量子阱發光層的能級下降，能級形狀發生改變。
其次，銦組分遞減的InxGa1-xN層中銦組分的摩爾比從0.2降低到0.05，進而鎵組分的摩爾比從0.8升高到0.95，由于銦組分的摩爾比逐漸降低，鎵組分的摩爾比逐漸升高，使得量子阱發光層的能級逐漸升高。
最后，在銦組分遞減的InxGa1-xN層生長第一GaN層和第二GaN層，可看出銦組分的摩爾比下降為0，鎵組分的摩爾比升高，使得量子阱發光層的能級升高。
這樣，本實施例中量子阱發光層中InxGa1-xN層由于銦組分遞減，使得能級形狀發送變化，增加電子與空穴的疊加重合區域，從而提高LED的發光效率。
進一步地，由于晶格之間有差距，晶格不匹配就會造成位錯，位錯會對本征電壓產生影響，進而會影響量子阱發光層的發光效果。因此，本實施例設置量子阱發光層中的InxGa1-xN層的銦組分為緩慢遞減的，便能夠逐步降低晶格差距造成位錯的影響，再用一層第一GaN層保護薄膜將位錯完全阻斷。
具體地，由于第一GaN層是在第一溫度下以橫向生長方式形成的，第二GaN層是在第二溫度下以橫向生長方式形成的，第一溫度低于第二溫度，還使得第一GaN層能夠更好的附著銦組分遞減的InxGa1-xN層上，形成一層低溫的保護薄膜，防止銦組分遇高溫而蒸發，有效地降低InGaN層產生的位錯密度影響，提高量子阱發光層的發光效率。
本實施例提供的LED外延生長方法，通過在量子阱發光層中的InGaN層上生長銦組分遞減的InxGa1-xN層、第一GaN層，不僅起到能級的漸變作用，且使得晶格誤差造成的位錯影響明顯降低，還用一層保護薄膜將位錯完全阻隔，有效提高了量子阱發光層的發光效率，提升了LED芯片的電學性能。
在上述實施例的基礎上，對本實施例LED外延生長方法的步驟102中量子阱發光層包括的各層的具體參數進行詳細的說明。
可選地，在生產溫度為760-790℃下，InGaN層的厚度為3nm-5nm。
可選地，在生產溫度為760-790℃下，銦組分遞減的InxGa1-xN層的厚度為1nm-4nm，其中0.05<x<0.2。
可選地，在生產溫度為780-820℃下，第一GaN層的厚度為1nm-4nm。
可選地，在生產溫度為800-880℃下，第二GaN層的厚度為4nm-10nm。
可選地，InGaN層、銦組分遞減的InxGa1-xN層、第一GaN層、第二GaN層為一組，交替生長周期為7-15組。
此處需要說明的是，本實施例LED外延生長方法中無論生長哪個層，該層的生長階段皆為恒溫生長。
圖5為本發明提供的LED外延生長方法的量子阱發光層的生長溫度與厚度示意圖，其中，橫坐標為各層的生長厚度，縱坐標為各層的生長溫度。在一個具體的實施例中，如圖5所示，對本實施例LED的外延生長方法進行詳細的說明，該方法的具體步驟包括：
1、將藍寶石(Patterned Sapphire Substrate，PSS)襯底放入反應室中，N2：H2：NH3的流量比例為(0:120:0)升/分鐘(Standard Liter per Minute，SLM)，反應室壓力為500托(Torr)，將溫度升高到1080℃，穩定200秒，對襯底進行高溫凈化。
2、降低溫度至540℃，N2：H2：NH3的流量比例為(75:150:56)SLM，反應室壓力控制在500Torr，生長20nm厚度的低溫GaN緩沖層。
3、將溫度升高到1080℃，N2：H2：NH3的流量比例為(75:150:56)SLM，反應室壓力控制在200Torr，生長800nm厚度的高溫非摻雜GaN層(U-GaN)。
4、將溫度保持在1050℃，N2：H2：NH3的流量比例為(64:120:50)SLM，反應室壓力控制在200Torr，生長1000nm厚度的N型GaN層(N-GaN)。
5、將溫度控制在760℃，N2：H2：NH3的流量比例為(72:0:40)SLM，反應室壓力控制在350Torr，生長量子阱IN0.2GA0.8N，厚度為3nm，在穩定各源流量的同時，將溫度提升，由760℃提升到780℃，生長In組分漸變的InXGa1-XN，且0.05<x<0.2，銦組分的摩爾比從0.2降低到0.05，鎵組分的摩爾比從0.8升高到0.095，且將溫度穩定在780℃，反應腔壓力降低到100torr,生長一層厚度為2nm的第一GaN層，在將溫度提升到860℃，其它條件保持不變，生長厚度為5nm的第二GaN層。
6、將步驟5重復12次，即量子阱發光層共生長12個循環。
7、將溫度升高到950℃，N2：H2：NH3的流量比例為(64:120:50)SLM，反應室壓力控制在200Torr，生長厚度為500nm的P型摻雜的GaN層(P-GaN)。
8、將溫度升高到740℃，N2：H2：NH3的流量比例為(64:120:50)SLM，反應室壓力控制在200Torr，生長厚度為15nm的P型金屬接觸層。
最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。
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