InGaN/GaN量子阱结构及LED外延片制备方法技术

本发明专利技术提供了一种InGaN/GaN量子阱结构及LED外延片制备方法，该InGaN/GaN量子阱结构的制备方法包括：生长GaN垒层；在GaN垒层上生长一个或多个周期的InGaN阱层/GaN垒层的交替结构；在InGaN阱层/GaN垒层的交替结构的生长过程中，在生长GaN垒层时通入含氢气的反应气体。本发明专利技术的InGaN/GaN量子阱结构及LED外延片制备方法提高了InGaN/GaN量子阱结构的界面陡峭度，提高了其内In组分分布的均匀性并且降低了其外延层缺陷密度，从而提高氮化镓基发光器件的发光效率。

InGaN/GaN Quantum Well Structure and Preparation of LED Epitaxy Wafers

The invention provides an InGaN/GaN quantum well structure and a preparation method of LED epitaxy wafer. The preparation methods of the InGaN/GaN quantum well structure include: growing GaN barrier layer; growing one or more periodic alternating structures of InGaN well layer/GaN barrier layer on GaN barrier layer; during the growth of alternating structures of InGaN well layer/GaN barrier layer, introducing hydrogen-containing reactive gas into GaN barrier layer. The InGaN/GaN quantum well structure and the preparation method of the LED epitaxy sheet of the invention improve the interface steepness of the InGaN/GaN quantum well structure, improve the uniformity of the distribution of in components in the InGaN/GaN quantum well structure, and reduce the defect density of its epitaxy layer, thereby improving the light-emitting efficiency of the GaN-based light-emitting device.

【技术实现步骤摘要】
InGaN/GaN量子阱结构及LED外延片制备方法
本专利技术涉及氮化镓基发光器件制备领域，并且更具体地涉及一种InGaN/GaN量子阱结构及LED外延片制备方法。
技术介绍
InGaN/GaN量子阱结构是氮化镓基发光器件的核心。要想使该氮化镓基发光器件具有较高的发光效率，必须保证该InGaN/GaN量子阱结构具有较高的界面陡峭度、其内较高的In组分分布的均匀性以及其较低的外延层缺陷密度。然而，在一般情况下，由于pullingeffect，In组分在外延生长过程中趋于表面分布，会在InGaN阱层表面形成一个富In层，使得该InGaN/GaN量子阱结构具有较低的界面陡峭度、其内较低的In组分分布的均匀性以及其较高的外延层缺陷密度，这也会继而影响接下来生长的外延层的生长质量以及界面质量，从而严重影响器件的发光效率。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种InGaN/GaN量子阱结构及LED外延片制备方法，以至少部分解决上述的技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种InGaN/GaN量子阱结构的制备方法，包括：生长GaN垒层；在GaN垒层上生长一个或多个周期的InGaN阱层/GaN垒层的交替结构；在InGaN阱层/GaN垒层的交替结构的生长过程中，在生长GaN垒层时通入含氢气的反应气体。在一些实施例中，在InGaN阱层/GaN垒层的交替结构中，在InGaN阱层与GaN垒层之间生长盖层。在一些实施例中，在各InGaN阱层/GaN垒层的交替结构生长时，GaN垒层与InGaN阱层的生长温度相同且为700-800℃。在一些实施例中，在通入含氢气的反应气体时，通入氢气的持续时间小于或等于GaN垒层的生长时间。在一些实施例中，在通入含氢气的反应气体时，反应气体中通入的氢气的流量为大于0且小于等于50标准毫升/分钟。在一些实施例中，在InGaN阱层/GaN垒层的交替结构的生长过程中，在生长GaN垒层时，通入氢气的持续时间以及流量相同。本专利技术所提供的一种InGaN/GaN量子阱结构，采用权利要求1-6任一所述方法制备。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种LED外延片的制备方法，该方法包括步骤：在衬底上生长GaN缓冲层；在该GaN缓冲层上生长高温非故意掺杂GaN层；在该GaN层上生长n型GaN层；在该n型GaN层上生长InGaN/GaN量子阱发光层结构，包括：生长GaN垒层；在该GaN垒层上生长一个或多个周期的InGaN阱层、GaN垒层；以及在该InGaN/GaN量子阱发光层结构上生长p型GaN层。在一些实施例中，衬底为蓝宝石衬底。在一些实施例中，GaN缓冲层的生长温度为500-550℃，并且高温非故意掺杂GaN层的生长温度为1000-1050℃。在一些实施例中，GaN缓冲层的厚度在20-30nm的范围内，GaN层的厚度在1-2微米的范围内，n型GaN层的厚度在1-2微米的范围内，并且p型GaN层的厚度在0.1-1微米的范围。在一些实施例中，在特定波长范围内，该LED外延片的发光效率高于采用常规方法生长的LED外延片。本专利技术提供的一种LED外延片，采用权利要求8-12任一所述方法制备。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术的InGaN/GaN量子阱结构及LED外延片制备方法具有以下有益效果其中之一：(1)在生长InGaN/GaN量子阱结构的GaN垒层的过程中，通入氢气，以腐蚀掉在InGaN阱层表面富集的In组分，提高了InGaN/GaN量子阱结构的界面陡峭度，提高了其内In组分分布的均匀性并且降低了其外延层缺陷密度，从而提高氮化镓基发光器件的发光效率；(2)解决In组分在InGaN/GaN量子阱结构的表面富集的问题只需要在生长InGaN/GaN量子阱结构的GaN垒层的过程中通入氢气并通过调整通入氢气的持续时间以及流量来控制InGaN/GaN量子阱结构内的In组分分布的均匀性，简单实用且可操作性强。附图说明通过附图所示，本公开的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本公开的主旨。图1为根据本专利技术的实施例的InGaN/GaN量子阱结构的结构示意图；图2为根据本专利技术的实施例的每个InGaN/GaN量子阱结构的制备方法的流程图；图3为根据本专利技术的实施例的InGaN/GaN量子阱结构在特定温度范围内生长的情况下通入氢气的时间示意图；图4为根据本专利技术的实施例的LED外延片的结构示意图；图5为根据本专利技术的实施例的LED外延片的制备方法的流程图；以及；图6为采用本专利技术方法生长的绿光LED外延片和常规方法生长的LED外延片(对比片)的发光强度与波长的对比曲线图。<附图标记说明>401-蓝宝石衬底，402-GaN缓冲层、403-高温非故意掺杂GaN层，404-n型GaN层，405-InGaN/GaN量子阱发光层，406-p型GaN层。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。当前，InGaN/GaN量子阱结构是氮化镓基发光器件的核心。要想使该氮化镓基发光器件具有较高的发光效率，必须保证InGaN/GaN量子阱结构具有较高的界面陡峭度、其内较高的In组分分布的均匀性以及其较低的外延层缺陷密度。然而，在一般情况下，由于pullingeffect，In组分在外延生长过程中趋于表面分布，会在InGaN阱层表面形成一个富In层，使得该InGaN/GaN量子阱结构具有较低的界面陡峭度、其内较低的In组分分布的均匀性以及其较高的外延层缺陷密度，这也会继而影响接下来生长的外延层的生长质量以及界面质量，从而严重影响器件的发光效率。基于此，本专利技术提供的一种InGaN/GaN量子阱结构及LED外延片制备方法可提高InGaN/GaN量子阱结构的界面陡峭度，提高其内In组分分布的均匀性并且降低其外延层缺陷密度，从而提高氮化镓基发光器件的发光效率。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种InGaN/GaN量子阱结构的制备方法。如图1所示，图1为至少一个InGaN/GaN量子阱结构的结构示意图，该至少一个InGaN/GaN量子阱结构中的每个InGaN/GaN量子阱结构可包括GaN垒层、InGaN阱层以及盖层。在现有技术中，在InGaN/GaN量子阱结构的每个InGaN/GaN量子阱结构的生长过程中，由于pullingeffect，In组分在外延生长过程中趋于表面分布，会在InGaN阱层表面形成一个富In层，使得该InGaN/GaN量子阱结构具有较低的界面陡峭度、其内较低的In组分分布的均匀性以及其较高的外延层缺陷密度，这也会继而影响接下来生长的外延层的生长质量以及界面质量，从而严重影响器件的发光效率。本专利技术的实施例对现有技术进行了改进，如图2所示，其提供了根据本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种InGaN/GaN量子阱结构的制备方法，包括：生长GaN垒层；在所述GaN垒层上生长一个或多个周期的InGaN阱层/GaN垒层的交替结构；在InGaN阱层/GaN垒层的交替结构的生长过程中，在生长GaN垒层时通入含氢气的反应气体。

【技术特征摘要】
2019.01.10 CN 20191002615361.一种InGaN/GaN量子阱结构的制备方法，包括：生长GaN垒层；在所述GaN垒层上生长一个或多个周期的InGaN阱层/GaN垒层的交替结构；在InGaN阱层/GaN垒层的交替结构的生长过程中，在生长GaN垒层时通入含氢气的反应气体。2.根据权利要求1所述的InGaN/GaN量子阱结构的制备方法，其中在InGaN阱层/GaN垒层的交替结构中，在InGaN阱层与GaN垒层之间生长盖层。3.根据权利要求1所述的InGaN/GaN量子阱结构的制备方法，其中在各所述InGaN阱层/GaN垒层的交替结构生长时，GaN垒层与InGaN阱层的生长温度相同且为700-800℃。4.根据权利要求1所述的InGaN/GaN量子阱结构的制备方法，其中在所述通入含氢气的反应气体时，通入氢气的持续时间小于或等于所述GaN垒层的生长时间。5.根据权利要求1所述的InGaN/GaN量子阱结构的制备方法，其中在所述通入含氢气的反应气体时，反应气体中通入的氢气的流量为大于0且小于等于50标准毫升/分钟。6.根据权利要求4-5中任一项所述的InGaN/GaN量子阱结构的制备方法，其中在InGaN阱层/GaN垒层的交替结构的生长过程中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢瑶，赵德刚，江德生，刘宗顺，陈平，朱建军，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11