一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，該GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的復(fù)合多量子阱層包括順序生長(zhǎng)的第一勢(shì)壘層、超晶格應(yīng)力調(diào)制層、第二勢(shì)壘層、高溫淺量子阱層與低溫發(fā)光量子阱層。低溫發(fā)光量子阱層包括預(yù)覆蓋層、低溫阱層、生長(zhǎng)停頓層、覆蓋層及低溫勢(shì)壘層。該外延片通過(guò)在低溫勢(shì)壘層上形成充當(dāng)?shù)蜏刳鍖泳ё训念A(yù)覆蓋層，可促進(jìn)低溫阱層生長(zhǎng)類量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，生長(zhǎng)停頓層控制量子點(diǎn)的尺寸與密度，同時(shí)改善均勻性及長(zhǎng)晶品質(zhì)，使阱的局域限制效果更好，電子與空穴復(fù)合機(jī)率變大，提高發(fā)光效率與高穩(wěn)定溫度特性及抑制大電流注入下發(fā)生光效下降(efficiency?droop)的效應(yīng)。
【專利說(shuō)明】一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)光二極管外延生長(zhǎng)領(lǐng)域，具體涉及一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，II1-V族氮化物已被證明是一種很有前途的制造高效率光電器件的材料，成功地實(shí)現(xiàn)了高效率的藍(lán)、綠、近紫外發(fā)光。相比于傳統(tǒng)光源，GaN基藍(lán)、綠發(fā)光二極管器件具有的高亮度、長(zhǎng)壽命、低能耗、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于全彩顯示、信號(hào)指示、景觀照明等領(lǐng)域。
[0003]盡管InGaN基藍(lán)綠光LED在商業(yè)上已取得巨大成功，但是InN與GaN之間存在著很大的晶格失配，導(dǎo)致InGaN/GaN量子阱中存在著很大的壓應(yīng)力。一方面，壓應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生壓電極化電場(chǎng)，引起能帶的傾斜，使電子和空穴波函數(shù)的交疊減少，量子阱的局域限制效果較差，造成內(nèi)量子效率的下降，大電流注入下發(fā)生光效下降(efficiency droop)的效應(yīng)；另一方面，壓應(yīng)力會(huì)影響量子阱中In的有效合并，使其難以形成晶體質(zhì)量良好的高In組份的量子阱，從而使得長(zhǎng)波長(zhǎng)綠光LED的效率低于藍(lán)光LED，所以InGaN量子阱中應(yīng)力的調(diào)制成為提高發(fā)光效率的關(guān)鍵因素之一。因此采用特殊的外延結(jié)構(gòu)解決現(xiàn)有技術(shù)所制備的外延片由于應(yīng)力的存在導(dǎo)致內(nèi)部量子效率不高，大電流下容易發(fā)生光效下降等不足，以滿足當(dāng)前LED行業(yè)形勢(shì)發(fā)展的基本要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，使阱的局域限制效果更好，電子與空穴復(fù)合機(jī)率變大，提高發(fā)光效率與高穩(wěn)定溫度特性及抑制大電流注入下發(fā)生光效下降(efficiency droop)的效應(yīng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其中包括依次層疊的襯底層、氮化鎵低溫緩沖層、未摻雜的高溫氮化鎵層、η型氮化鎵層、η型鋁銦鎵氮層、復(fù)合多量子阱層、P型電子阻擋層、P型氮化鎵層，其特征在于復(fù)合多量子阱層從下向上依次包括第一勢(shì)壘層、超晶格應(yīng)力調(diào)制層、第二勢(shì)壘層、高溫淺量子阱層與低溫發(fā)光量子阱層。第一勢(shì)壘層與第二勢(shì)壘層為η型氮化鎵層或銦鎵氮層；超晶格應(yīng)力調(diào)制層包括多組按順序循環(huán)生長(zhǎng)的勢(shì)壘層和勢(shì)阱層；高溫淺量子阱層包括一組或多組按順序循環(huán)生長(zhǎng)的高溫淺量子勢(shì)壘層和勢(shì)阱層；低溫發(fā)光量子阱層包括一組或多組按順序循環(huán)生長(zhǎng)的預(yù)覆蓋層、低溫阱層、生長(zhǎng)停頓層、覆蓋層及低溫勢(shì)壘層。其特征在于在InGaN低溫勢(shì)壘層的表面生長(zhǎng)預(yù)覆蓋層，充當(dāng)?shù)蜏刳鍖泳ё训腎nN層，促進(jìn)類量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)InGaN低溫阱層的形成，生長(zhǎng)停頓層控制InGaN低溫阱層類量子點(diǎn)的尺寸與密度，同時(shí)改善均勻性及長(zhǎng)晶品質(zhì)，覆蓋層對(duì)低溫阱層在溫度升高時(shí)的保護(hù)。
[0006]進(jìn)一步地，上述超晶格結(jié)構(gòu)的阱層In的摻雜量介于低溫發(fā)光量子阱層的有效壘層與高溫淺量子阱層的阱層之間，低溫發(fā)光量子阱層的預(yù)覆蓋層In的摻雜量介于高溫淺量子阱層的阱層與低溫發(fā)光量子阱層的有效阱層之間，并且有低溫發(fā)光量子阱層有效阱層In的摻雜量大于高溫淺量子阱層的阱層，高溫淺量子阱層的阱層In的摻雜量大于低溫發(fā)光量子阱層的有效壘層。
[0007]進(jìn)一步地，上述充當(dāng)?shù)蜏刳鍖泳ё训腎nN預(yù)覆蓋層厚度為I至30nm，類量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)InGaN低溫講層的厚度為2nm至20nm,GaN覆蓋層的厚度為Inm至1nm, InGaN低溫勢(shì)魚層的厚度為5nm至20nm。
[0008]進(jìn)一步地，上述生長(zhǎng)停頓層為升高生長(zhǎng)溫度10至50°C或者通入500至3000sccm的H2或者純氮?dú)夥諊刂频蜏刳鍖宇惲孔狱c(diǎn)的尺寸與密度，同時(shí)改善均勻性及長(zhǎng)晶品質(zhì)。
[0009]同時(shí),本發(fā)明還提供一種GaN基發(fā)光二極管外延全結(jié)構(gòu)的MOCVD制備方法,包括依次層疊的襯底層、氮化鎵低溫緩沖層、未摻雜的高溫氮化鎵層、η型氮化鎵層、η型鋁銦鎵氮層、復(fù)合多量子阱層、P型電子阻擋層、P型氮化鎵層，其特征在于復(fù)合多量子阱層從下向上依次包括第一勢(shì)壘層、超晶格應(yīng)力調(diào)制層、第二勢(shì)壘層、高溫淺量子阱層與低溫發(fā)光量子阱層。
[0010]進(jìn)一步地，上述第一勢(shì)壘層與第二勢(shì)壘層為η型氮化鎵層或銦鎵氮層，厚度在5nm至200nm之間，生長(zhǎng)溫度在750°C至950°C之間，生長(zhǎng)壓力在10Torr至500Torr之間。
[0011]進(jìn)一步地，上述超晶格應(yīng)力調(diào)制層為包括2至200個(gè)周期的InxGal-xN/GaN(0 < x
<0.5)超晶格結(jié)構(gòu)，講InxGal-xN的厚度在Inm至15nm之間，魚GaN的厚度在Inm至20nm之間，其中阱和壘的生長(zhǎng)溫度在750°C至950°C之間；生長(zhǎng)壓力在10Torr至500Torr之間。
[0012]進(jìn)一步地，上述高溫淺量子阱層為包括I至10個(gè)周期的InyGal-yN/GaN(0 < y
<0.5)多量子阱，阱InyGal-yN的厚度在Inm至1nm之間，生長(zhǎng)溫度在700°C至850°C之間，壘GaN的厚度在Inm至15nm之間，生長(zhǎng)溫度在800°C至950°C之間，I至10個(gè)周期的InyGal-yN (O < y < 0.5)的厚度可以是一樣的,可以是厚薄交替的，也可以是逐漸變厚或者逐漸變薄的。
[0013]進(jìn)一步地，上述低溫發(fā)光量子阱層為包括I至20個(gè)周期的多量子阱，每個(gè)周期的量子阱包括預(yù)覆蓋層、低溫阱層、生長(zhǎng)停頓層、覆蓋層及低溫勢(shì)壘層，即每個(gè)周期的低溫發(fā)光量子阱層為按順序生長(zhǎng)低溫勢(shì)壘層，在所述低溫勢(shì)壘層上生長(zhǎng)預(yù)覆蓋層，在所述預(yù)覆蓋層上生長(zhǎng)低溫阱層，在所述低溫阱層上生長(zhǎng)覆蓋層。
[0014]進(jìn)一步地，上述生長(zhǎng)所述預(yù)覆蓋層的步驟包括:在純氮?dú)獾臈l件下，保持生長(zhǎng)壓力為10Torr至500Torr之間，通入流量為30至200升/分鐘的NH3和流量為30至900sccm的TMIn，形成厚度為Inm至30nm充當(dāng)?shù)蜏刳鍖泳ё训腎nbN(O < b < 0.5)預(yù)覆蓋層。
[0015]進(jìn)一步地，上述生長(zhǎng)所述低溫阱層的步驟包括:保持各種條件和預(yù)覆蓋層生長(zhǎng)條件一樣，通入流量為30至900sccm的TMIn和流量為100至500sccm的TEGa，在預(yù)覆蓋層上形成厚度為2nm至20nm類量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的InzGal_zN(0 < z < 0.5)低溫講層。
[0016]進(jìn)一步地，上述生長(zhǎng)所述生長(zhǎng)停頓層的步驟包括:保持各種條件和低溫阱層生長(zhǎng)條件一樣，停止通入TMIn和TEGa，升高生長(zhǎng)溫度10至50°C或者通入500至3000sccm的H2或者純氮?dú)夥諊刂频蜏刳鍖宇惲孔狱c(diǎn)的尺寸與密度，同時(shí)改善均勻性及長(zhǎng)晶品質(zhì)。
[0017]進(jìn)一步地，上述生長(zhǎng)所述覆蓋層的步驟包括:保持各種條件和生長(zhǎng)停頓層生長(zhǎng)條件一樣，升高80至150°C生長(zhǎng)溫度至低溫勢(shì)壘層目標(biāo)溫度的過(guò)程中，通入流量為100至500SCCm的TEGa形成厚度為Inm至1nm的GaN覆蓋層以對(duì)低溫阱層在溫度升高時(shí)的保護(hù)。
[0018]進(jìn)一步地，上述生長(zhǎng)生長(zhǎng)所述低溫勢(shì)壘層的步驟包括:保持各種條件和覆蓋層生長(zhǎng)條件一樣，通入流量為20至200sccm的TMIn和流量為300至600sccm的TEGa，在覆蓋層上形成厚度為5nm至20nm的InaGal_aN(0 < a < 0.5)低溫勢(shì)魚層。
[0019]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所提供的一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的復(fù)合多量子阱層通過(guò)上述條件形成第一勢(shì)壘層、超晶格應(yīng)力調(diào)制層、第二勢(shì)壘層、高溫淺量子阱層與低溫發(fā)光量子阱層，其特征在于低溫發(fā)光量子阱層包括預(yù)覆蓋層、低溫阱層、生長(zhǎng)停頓層、覆蓋層及低溫勢(shì)壘層，外延片通過(guò)在低溫勢(shì)壘層上形成充當(dāng)?shù)蜏刳鍖泳ё训念A(yù)覆蓋層，可促進(jìn)低溫阱層生長(zhǎng)類量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，生長(zhǎng)停頓層控制類量子點(diǎn)的尺寸與密度，同時(shí)改善均勻性及長(zhǎng)晶品質(zhì)，使阱的局域限制效果更好，電子與空穴復(fù)合機(jī)率變大，提高發(fā)光效率與高穩(wěn)定溫度特性及抑制大電流注入下發(fā)生的光效下降(efficiency droop)效應(yīng)。
[0020]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1本發(fā)明實(shí)施例的一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的剖面簡(jiǎn)示圖。
[0022]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)中復(fù)合多量子阱層的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)示圖。
[0023]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)中低溫發(fā)光量子阱層的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)示圖。
[0024]圖中:藍(lán)寶石襯底層1，氮化鎵低溫緩沖層2、未摻雜的高溫氮化鎵層3、n型氮化鎵層4、η型鋁銦鎵氮層5、復(fù)合多量子阱層6、P型阻擋層7、ρ型氮化鎵層8、第一勢(shì)壘層61、超晶格應(yīng)力調(diào)制層62、第二勢(shì)壘層63、高溫淺量子阱層64、低溫發(fā)光量子阱層65、低溫勢(shì)壘層651、預(yù)覆蓋層652、低溫阱層653、生長(zhǎng)停頓層654、覆蓋層655。

【具體實(shí)施方式】
[0025]為了更具體地說(shuō)明本發(fā)明，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，給出若干實(shí)施例。但本發(fā)明所涉及的內(nèi)容并不僅僅局限于這些實(shí)施例。
[0026]結(jié)合圖1所不，本發(fā)明中的一種典型的實(shí)施方式中，一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，包括藍(lán)寶石襯底層1，以及在藍(lán)寶石襯底層I上順序生長(zhǎng)的氮化鎵低溫緩沖層2、未摻雜的高溫氮化鎵層3、η型氮化鎵層4、η型鋁銦鎵氮層5、復(fù)合多量子阱層6、ρ型阻擋層7、ρ型氮化鎵層8。其中復(fù)合多量子阱層6從下向上依次包括第一勢(shì)壘層61、超晶格應(yīng)力調(diào)制層62、第二勢(shì)魚層63、高溫淺量子講層64與低溫發(fā)光量子講層65。第一勢(shì)魚層61與第二勢(shì)壘層63為Si摻雜的η型氮化鎵層或銦鎵氮層；超晶格應(yīng)力調(diào)制層62包括多組按順序循環(huán)生長(zhǎng)的勢(shì)壘層和勢(shì)阱層；高溫淺量子阱層64包括一組或多組按順序循環(huán)生長(zhǎng)的高溫淺量子勢(shì)壘層和勢(shì)阱層；低溫發(fā)光量子阱層65包括一組或多組按順序循環(huán)生長(zhǎng)的低溫勢(shì)壘層651、預(yù)覆蓋層652、低溫阱層653、生長(zhǎng)停頓層654及覆蓋層655。
[0027]本發(fā)明所提供的一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)通過(guò)改善外延片復(fù)合多量子阱層結(jié)構(gòu)，包括依次層疊的第一勢(shì)壘層、超晶格應(yīng)力調(diào)制層、第二勢(shì)壘層、高溫淺量子阱層與低溫發(fā)光量子阱層。低溫發(fā)光量子阱層的預(yù)覆蓋層在InGaN低溫勢(shì)壘層的表面生長(zhǎng)充當(dāng)?shù)蜏刳鍖泳ё训腎nN層，促進(jìn)類量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)InGaN低溫阱層的形成，生長(zhǎng)停頓層控制InGaN低溫阱層類量子點(diǎn)的尺寸與密度，同時(shí)改善均勻性及長(zhǎng)晶品質(zhì)，覆蓋層對(duì)低溫阱層在溫度升高時(shí)的保護(hù)，使阱的局域限制效果更好，電子與空穴復(fù)合機(jī)率變大，提高發(fā)光效率與高穩(wěn)定溫度特性及抑制大電流注入下發(fā)生的光效下降(efficiency droop)效應(yīng)。
[0028]優(yōu)先地，上述一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的復(fù)合多量子阱層結(jié)構(gòu)的超晶格結(jié)構(gòu)的阱層In的摻雜量介于低溫發(fā)光量子阱層的有效壘層與高溫淺量子阱層的阱層之間，低溫發(fā)光量子阱層的預(yù)覆蓋層In的摻雜量介于高溫淺量子阱層的阱層與低溫發(fā)光量子阱層的有效阱層之間，并且有低溫發(fā)光量子阱層有效阱層In的摻雜量大于高溫淺量子阱層的阱層，高溫淺量子阱層的阱層In的摻雜量大于低溫發(fā)光量子阱層的有效壘層，這將有利于阱層與壘層之間的應(yīng)力調(diào)節(jié)，使阱的局域限制效果更好，電子與空穴復(fù)合機(jī)率變大，提高發(fā)光效率。
[0029]優(yōu)先地，上述充當(dāng)?shù)蜏刳鍖泳ё训腎nN預(yù)覆蓋層厚度為I至30nm，類量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)InGaN低溫講層的厚度為2nm至20nm,GaN覆蓋層的厚度為Inm至1nm, InGaN低溫勢(shì)魚層的厚度為5nm至20nm，本發(fā)明的預(yù)覆蓋層和低溫阱層的厚度不限于此，其厚度可略厚或薄，預(yù)覆蓋層的厚度太薄可能會(huì)降低作為晶籽的作用，低溫阱層的厚度太薄可能會(huì)導(dǎo)致波長(zhǎng)和亮度均勻性變差，低溫阱層的厚度太厚可能會(huì)加劇波長(zhǎng)藍(lán)移。
[0030]優(yōu)先地，上述生長(zhǎng)停頓層為升高生長(zhǎng)溫度10至50°C或者通入500至3000sccm的H2或者純氮?dú)夥諊刂频蜏刳鍖宇惲孔狱c(diǎn)的尺寸與密度，同時(shí)改善均勻性及長(zhǎng)晶品質(zhì)，使阱的局域限制效果更好，電子與空穴復(fù)合機(jī)率變大，提高發(fā)光效率與高穩(wěn)定溫度特性及抑制大電流注入下發(fā)生的光效下降(efficiency droop)效應(yīng)。
[0031]以下將結(jié)合GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明申請(qǐng)的有益效果。
[0032]原料:采用高純N2或高純H2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，η型與ρ型鋁銦鎵氮層的鋁摻雜劑為三甲基鋁(TMAl)，η型摻雜劑為硅烷(SiH4)，ρ型摻雜劑為二茂鎂(Cp2Mg)，襯底為(0001)面藍(lán)寶石。
[0033]實(shí)施例1
[0034]制備方法如下:
[0035](I)將(0001)晶向的藍(lán)寶石襯底放置石墨盤上并送入反應(yīng)腔中，加熱至1050°C對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行5min的熱處理。降溫至600°C ,通入NH3對(duì)襯底進(jìn)行氮化處理約3min。
[0036](2)降溫至540°C生長(zhǎng)約30nm厚的GaN低溫緩沖層，隨后升溫至1040°C，使GaN緩沖層重結(jié)晶。
[0037](3)保持溫度，在GaN低溫緩沖層上持續(xù)生長(zhǎng)I μ m的不摻雜氮化鎵層(uGaNl);升高溫度至1080°C，持續(xù)生長(zhǎng)1.5 μ m的不摻雜氮化鎵層(uGaN2);保持溫度，在不摻雜氮化鎵層上持續(xù)生長(zhǎng)2.3 μ m的η型摻Si的氮化鎵層(nGaN)。
[0038](4)降溫至1000°C生長(zhǎng)0.Ιμπι厚Si摻雜的η型鋁銦鎵氮層，隨后升溫至1080°C，生長(zhǎng)0.2 μ m的η型低摻Si的氮化鎵層。
[0039](5)降溫至850?900°C，通入流量為100?200sccm的TMGa，流量60升/分鐘的NH3,流量非常少的SiH4,在nGaN上生長(zhǎng)50nm厚的η型氮化鎵第一勢(shì)魚層(FirstBarrier)。
[0040](6)在FirstBarrier層上生長(zhǎng)50個(gè)周期的InxGal-xN/GaN超晶格應(yīng)力調(diào)制層，具體生長(zhǎng)方式如下:溫度降至830?880°C，通入流量為400?500sccm的TEGa，流量為350?450sccm的TMIn，流量60升/分鐘的NH3,形成1.5nm厚的InGaN勢(shì)阱層；溫度保持和InGaN勢(shì)阱層一樣，通入流量為430SCCm的TEGa，流量為70sCCm的TMGa，流量60升/分鐘的NH3,通入少量SiH4,生長(zhǎng)3.5nm厚的GaN勢(shì)壘層；
[0041](7)升溫至850?900°C，通入流量為50?150sccm的TMGa，流量為50?150sccm的TMIn，流量60升/分鐘的NH3，流量非常少的SiH4，在超晶格應(yīng)力調(diào)制層上生長(zhǎng)20nm厚的η型銦氮化鎵第二勢(shì)魚層(InGaN)。
[0042](8)在第二勢(shì)壘InGaN層上生長(zhǎng)高溫淺量子阱層，具體生長(zhǎng)方法如下:高溫淺量子阱層由4個(gè)周期的勢(shì)阱層和勢(shì)壘層組成。生長(zhǎng)勢(shì)阱層:在純氮?dú)獾姆諊?，溫度降?80?8300C，通入流量為150?250sccm的TEGa，流量為550?650sccm的TMIn，流量60升/分鐘的NH3，生長(zhǎng)4nm厚InGaN層。
[0043]生長(zhǎng)勢(shì)壘層:溫度升至850?900°C，通入流量為450?550sccm的TEGa，流量60升/分鐘的NH3，通入少量SiH4,生長(zhǎng)6nm厚GaN層。
[0044](9)在高溫淺量子阱層上生長(zhǎng)低溫發(fā)光量子阱層，由10個(gè)周期的預(yù)覆蓋層、低溫阱層、生長(zhǎng)停頓層、覆蓋層及低溫勢(shì)壘層組成，具體生長(zhǎng)方法如下:生長(zhǎng)預(yù)覆蓋層:溫度降至750?800°C，在純氮?dú)獾臈l件下，保持生長(zhǎng)壓力為200Torr，通入流量為60升/分鐘的NH3和流量為550?650SCCm的TMIn，形成厚度為Inm充當(dāng)?shù)蜏刳鍖泳ё训腎nN預(yù)覆蓋層。
[0045]生長(zhǎng)低溫阱層:保持各種條件和預(yù)覆蓋層生長(zhǎng)條件一樣，通入流量為550?650sccm的TMIn，流量為150?250sccm的TEGa和60升/分鐘的NH3，在預(yù)覆蓋層上形成厚度為4nm類量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的InGaN低溫阱層。
[0046]生長(zhǎng)停頓層:保持各種條件和低溫阱層生長(zhǎng)條件一樣，停止通入TMIn和TEGa，升高生長(zhǎng)溫度20°C控制低溫阱層類量子點(diǎn)的尺寸與密度，同時(shí)改善均勻性及長(zhǎng)晶品質(zhì)。
[0047]生長(zhǎng)覆蓋層:保持各種條件和生長(zhǎng)停頓層生長(zhǎng)條件一樣，相對(duì)低溫阱層的溫度升高100°C生長(zhǎng)溫度至低溫勢(shì)壘層目標(biāo)溫度的過(guò)程中，通入流量為450?550SCCm的TEGa形成厚度為Inm的GaN覆蓋層以對(duì)低溫阱層在溫度升高時(shí)的保護(hù)。
[0048]生長(zhǎng)低溫勢(shì)壘層:保持各種條件和覆蓋層生長(zhǎng)條件一樣，溫度升至850?900°C，通入流量為50?150sccm的TMIn和流量為450?550sccm的TEGa，在覆蓋層上形成厚度為1nm的InGaN低溫勢(shì)魚層。
[0049](10)在低溫發(fā)光量子阱層上生長(zhǎng)P型鋁銦鎵氮電子阻擋層，具體生長(zhǎng)條件是:
[0050]生長(zhǎng)AlInGaN層:保持生長(zhǎng)壓力為200Torr，溫度降至800?850°C，通入流量50升/分鐘的NH3,流量120升/分鐘的H2，流量60升/分鐘的N2，流量為450?550Sccm的TEGa,流量為 50 ?150sccm 的 TMIn，流量為 50 ?150sccm 的 TMAl，生長(zhǎng) 4nm 厚 AlInGaN 層。
[0051](Il)P型氮化鎵層生長(zhǎng)條件為:保持生長(zhǎng)壓力為200Torr，溫度升至900?950°C，通入流量50升/分鐘的NH3，流量120升/分鐘的H2，流量60升/分鐘的N2，流量為50?150sccm的TEGa，流量為350?450sccm的Cp2Mg，生長(zhǎng)250nm厚的鏡面pGaN層。
[0052](12)最后將外延片在650°C的氮?dú)夥諊峦嘶餷Omin。
[0053]實(shí)施例2
[0054]制備方法:與實(shí)施例1相同，其中步驟(9)中生長(zhǎng)停頓處理層的步驟如下:保持各種條件和低溫阱層生長(zhǎng)條件一樣，停止通入TMIn和TEGa，通入1500sccm的H2控制低溫阱層類量子點(diǎn)的尺寸與密度，同時(shí)改善均勻性及長(zhǎng)晶品質(zhì)。
[0055]實(shí)施例3
[0056]制備方法:與實(shí)施例1相同，其中步驟(9)中生長(zhǎng)停頓處理層的步驟如下:保持各種條件和低溫阱層生長(zhǎng)條件一樣，停止通入TMIn和TEGa，純氮?dú)夥諊刂频蜏刳鍖宇惲孔狱c(diǎn)的尺寸與密度，同時(shí)改善均勻性及長(zhǎng)晶品質(zhì)。
[0057]上述實(shí)施例僅列示性說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想與特點(diǎn)，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改與變化。因此凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)從下向上依次為:襯底層、氮化鎵低溫緩沖層、未摻雜的高溫氮化鎵層、η型氮化鎵層、η型鋁銦鎵氮層、復(fù)合多量子阱層、P型電子阻擋層、P型氮化鎵層，其特征在于復(fù)合多量子阱層從下向上依次包括第一勢(shì)壘層、超晶格應(yīng)力調(diào)制層、第二勢(shì)壘層、高溫淺量子阱層與低溫發(fā)光量子阱層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的復(fù)合多量子阱層，其特征在于:第一勢(shì)壘層與第二勢(shì)壘層為η型氮化鎵層或銦鎵氮層，厚度在5nm至200nm之間，生長(zhǎng)溫度在750°C至950°C之間，生長(zhǎng)壓力在10Torr至500Torr之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的復(fù)合多量子阱層，其特征在于:超晶格應(yīng)力調(diào)制層為包括2至200個(gè)周期的InxGal-xN/GaN(0 < x < 0.5)超晶格結(jié)構(gòu)，阱InxGal-xN的厚度在Inm至15nm之間，魚GaN的厚度在Inm至20nm之間，其中講和魚的生長(zhǎng)溫度在750°C至950°C之間；生長(zhǎng)壓力在10Torr至500Torr之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的復(fù)合多量子阱層，其特征在于:高溫淺量子阱層為包括I至10個(gè)周期的InyGal_yN/GaN(0 < y < 0.5)多量子阱，阱InyGal-yN的厚度在Inm至1nm之間，生長(zhǎng)溫度在700°C至85CTC之間，魚GaN的厚度在Inm至15nm之間，生長(zhǎng)溫度在800°C至950°C之間，I至10個(gè)周期的InyGal-yN (O < y < 0.5)的厚度可以是一樣的，可以是厚薄交替的，也可以是逐漸變厚或者逐漸變薄的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的復(fù)合多量子阱層，其特征在于:低溫發(fā)光量子阱層為包括I至20個(gè)周期的多量子阱，每個(gè)周期的量子阱結(jié)構(gòu)包括預(yù)覆蓋層、低溫阱層、生長(zhǎng)停頓層、覆蓋層及低溫勢(shì)壘層，即每個(gè)周期的低溫發(fā)光量子阱層為按順序生長(zhǎng)低溫勢(shì)壘層，在所述低溫勢(shì)壘層上生長(zhǎng)預(yù)覆蓋層，在所述預(yù)覆蓋層上生長(zhǎng)低溫阱層，在所述低溫阱層上生長(zhǎng)覆蓋層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的低溫發(fā)光量子阱層，其特征在于:生長(zhǎng)所述預(yù)覆蓋層的步驟包括:在純氮?dú)獾臈l件下，保持生長(zhǎng)壓力為10Torr至500TOrr之間，通入流量為30至200升/分鐘的NH3和流量為30至900sccm的TMIn，形成厚度為Inm至30nm充當(dāng)?shù)蜏刂v層晶籽的InbN(O < b < 0.5)預(yù)覆蓋層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的低溫發(fā)光量子阱層，其特征在于:生長(zhǎng)所述低溫阱層的步驟包括:保持各種條件和預(yù)覆蓋層生長(zhǎng)條件一樣，通入流量為30至200升/分鐘的NH3，流量為30至900sccm的TMIn和流量為100至500sccm的TEGa,在預(yù)覆蓋層上形成厚度為2nm至20nm類量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的InzGal-zN(0 < z < 0.5)低溫阱層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的低溫發(fā)光量子阱層，其特征在于:生長(zhǎng)所述生長(zhǎng)停頓層的步驟包括:保持各種條件和低溫阱層生長(zhǎng)條件一樣，停止通入TMIn和TEGa,升高生長(zhǎng)溫度10至50°C或者通入500至3000sccm的H2或者純氮?dú)夥諊刂频蜏刳鍖宇惲孔狱c(diǎn)的尺寸與密度，同時(shí)改善均勻性及長(zhǎng)晶品質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的低溫發(fā)光量子阱層，其特征在于:生長(zhǎng)所述覆蓋層的步驟包括:保持各種條件和生長(zhǎng)停頓層生長(zhǎng)條件一樣，升高80至150°C生長(zhǎng)溫度至低溫勢(shì)壘層目標(biāo)溫度的過(guò)程中，通入流量為30至200升/分鐘的NH3，流量為100至500SCCm的TEGa形成厚度為Inm至1nm的GaN覆蓋層以對(duì)低溫阱層在溫度升高時(shí)的保護(hù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的低溫發(fā)光量子阱層，其特征在于:生長(zhǎng)所述低溫勢(shì)壘層的步驟包括:保持各種條件和覆蓋層生長(zhǎng)條件一樣，通入流量為30至200升/分鐘的NH3,流量為20至200sccm的TMIn和流量為300至600sccm的TEGa,在覆蓋層上形成厚度為5nm至20n m的InaGal_aN(0 < a < 0.5)低溫勢(shì)魚層。
【文檔編號(hào)】H01L33/32GK104051586SQ201310079924
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月11日
【發(fā)明者】楊曉良, 郝銳, 吳質(zhì)樸 申請(qǐng)人:江門市奧倫德光電有限公司