一种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构制造技术

本实用新型专利技术公开一种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构，在衬底上依次生长缓冲层、非故意掺杂层、N型掺杂层、应力平衡层、InxGa1-xN/GaN有源层、空穴注入层、电子阻挡层及P型掺杂层；InxGa1-xN/GaN有源层由多组InxGa1-xN量子阱层及GaN量子垒层构成，其中0.1<x<0.3。本实用新型专利技术可以获得高质量InGaN/GaN有源层，提高LED发光效率。

【技术实现步骤摘要】
—种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构
[0001 ] 本技术涉及LED
，尤其是指一种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构。
技术介绍
GaN基蓝绿光发光二极管具有体积小、寿命长、功耗低、亮度高、易集成化等优点。现有技术中，GaN基蓝绿光LED材料生长主要通过金属有机化学气相沉积系统(MOCVD)进行外延生长。由于GaN衬底价格较高，为节约成本，GaN基蓝绿光LED通常异质外延在蓝宝石、碳化硅等衬底上。由于异质外延存在的晶格失配和热失配等问题，难以获得高晶体质量的GaN基蓝绿光LED外延片。 现有技术中，蓝绿光LED均采用GaN与InN的合金InGaN材料作为发光有源区，通过调节InGaN量子阱中的In组分实现不同波长的发射，有源区InGaN材料的晶体质量直接影响蓝绿光LED的发光效率。 在常规的GaN基蓝绿光LED生长中，主要包括低温缓冲层、非故意掺杂层、N型掺杂层的生长，多量子阱有源层的生长和P型掺杂AlGaN层，以及P型掺杂GaN层的生长。其中低温缓冲层的生长温度在500-600°C之间；非故意掺杂层、N型掺杂层、P型掺杂AlGaN层、P型掺杂GaN层的生长温度在950-1150°C之间；多量子阱有源层生长步骤包括:在反应温度750-900°C生长8-15nm GaN垒层，之后降温至650_800°C生长2_5nmInGaN阱层，然后升高温度到750-900°C再生长8-15nmGaN垒层，以此重复周期结构的生长。在整个多量子阱有源层的生长过程中，主载气和有机源的载气均为N2。 由于In原子的蒸汽压比Ga原子闻，生长InGaN时，In原子难以并入，因此多量子阱有源层通常在N2为主载气的氛围下进行低温生长。为了提高In组分，通常选用较高的TMIn分压，这容易在InGaN量子阱生长表面析出In滴，降低有源区的晶体质量。此外，由于异质外延的应力延伸和GaN与InN之间本身的晶格失配，使得多量子阱有源层应力积累严重，加大材料生长的困难。虽然在N2氛围下可以加大In组分的并入，然而N2氛围下生长的GaN薄膜表面较为粗糙，晶体质量相对较差。 在高温下，InGaN薄膜会遭到破坏，降低晶体质量。由于垒层的生长温度高于阱层，并且P型掺杂的AlGaN层是在高温下生长，使得已经生长的阱层遭到破坏。 多量子阱有源层之后生长的AlGaN层由于进行了 P型Mg掺杂，使得Mg原子会向有源区扩散，形成非辐射复合中心，降低发光效率。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构，以获得高质量InGaN/GaN有源层，提高LED发光效率。 为达成上述目的，本技术的解决方案为: 一种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构，在衬底上依次生长缓冲层、非故意掺杂层、N型掺杂层、应力平衡层、InxGai_xN/GaN有源层、空穴注入层、电子阻挡层及P型掺杂层；InxGai_xN/GaN有源层由多组InxGapxN量子阱层及GaN量子垒层构成，其中0.1〈χ〈0.3。 进一步，在每一组InxGa^N量子阱层及GaN量子垒层之间生长GaN保护层。 进一步，应力平衡层为InyGai_yN层，N型掺杂浓度为5X 1017_5X 1018。 进一步，InyGai_yN层的厚度大于等于有源层总厚度的一半，且In组分取值为y使得InyGa1J的晶格常数满足: [001 4] (^InyGal-yN ^GaN barrier^ ^GaN barrier = ^InGaN well ^InyGal-yN^ ^InGaN well 即有源层的平均应力等于应力平衡层InyGai_yN的应力。其中％代表对应层材料的晶格常数，\代表对应层的厚度。 进一步，空穴注入层为阶梯式掺杂的空穴注入层。 进一步，空穴注入层为GaN层，GaN层厚度为50_100nm。 进一步，GaN层进行阶梯式的P型Mg掺杂，沿远离量子阱方向，P型Mg掺杂浓度阶梯式递增，且平均掺杂浓度在5X1017-5X1018。 进一步，空穴注入层为GaN层与InzGai_zN/GaN超晶格层的组合层，0.03<z<0.LGaN层厚度为50-100nm, InzGa1J^GaN超晶格层厚度为lnm_5nm。 进一步，GaN层进行阶梯式的P型Mg掺杂，沿远离量子阱方向，P型Mg掺杂浓度阶梯式递增，且平均掺杂浓度在5 X 1017-5 X 118 ;InzGai_zN/GaN超晶格层进行恒定的P型Mg掺杂，掺杂浓度在I X 1017-5 X 1018。 一种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构生长方法，在衬底上依次生长缓冲层、非故意掺杂层、N型掺杂层、应力平衡层、InxGai_xN/GaN有源层、空穴注入层、电子阻挡层及P型掺杂层；其中，InxGai_xN/GaN有源层的生长包括以下步骤: 一，在主载气为H2的氛围下，通入Ga源和NH3生长8_15nm的GaN垒层，生长温度为750-900°C，反应压强为 200-400mbar，V /III之比为 5000-30000，生长速率为 0.15-0.3 μ m/h ； 二，降低反应温度到650-800°C，切换主载气为N2，通入Ga源、In源和NH3，生长2-5nm的InxGa^N阱层，反应压强为100_400mbar，V / III之比为5000-30000，生长速率为0.1-0.25 μ m/h ； 三，保持反应温度和压强不变，关闭Ga源和In源，保持NH3正常通入，停顿InxGahN 生长； 四，保持反应温度和压强不变，打开Ga源，生长l_5nm的GaN保护层，V / III之比为 5000-30000，生长速率为 0.1-0.25 μ m/h ； 五，升高反应温度到750_900°C，切换主载气为H2,通入Ga源和NH3生长8_15nm的GaN垒层，反应压强为200-400mbar，V /III之比为5000-30000，生长速率在0.15 -0.3 μ m/h ； 六，重复二至五的生长步骤I至20个周期。 进一步，生长GaN垒层时，主载气和Ga源的载气均为H2，生长GaN保护层和InxGa1^xN讲层时,主载气、Ga源载气和In源的载气均为N2。 进一步，停顿InxGai_xN生长的时间为10_60s。 进一步，应力平衡层在主载气为H2或者N2的氛围下生长，生长温度为800_950°C，应力平衡层的材料为InyGai_yN，N型掺杂浓度为5X 1017-5X 1018。 进一步，InyGai_yN层的厚度大于等于有源层总厚度的一半，且InyGai_yN层的In组分取值为I使得:有源层的平均应力等于应力平衡层的应力。 进一步，空穴注入层的材料为GaN层，其中GaN层在主载气为N2的氛围下生长，生长温度在750-950°C之间，厚度在50-100nm之间。 进一步，GaN层进行阶梯式的P型Mg掺杂，沿远离量子阱方向，P型掺杂浓度阶梯式递增，且平均掺杂浓度在5X 1017-5X 1018。 进一步，空穴注入层的材料为GaN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构，其特征在于：在衬底上依次生长缓冲层、非故意掺杂层、N型掺杂层、应力平衡层、InxGa1‑xN/GaN有源层、空穴注入层、电子阻挡层及P型掺杂层；InxGa1‑xN/GaN有源层由多组InxGa1‑xN量子阱层及GaN量子垒层构成,其中0.1<x<0.3。

【技术特征摘要】
1.一种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构，其特征在于:在衬底上依次生长缓冲层、非故意掺杂层、N型掺杂层、应力平衡层、InxGai_xN/GaN有源层、空穴注入层、电子阻挡层及P型掺杂层；InxGai_xN/GaN有源层由多组InxGai_xN量子阱层及GaN量子垒层构成，其中 0.1〈χ〈0.3。2.如权利要求1所述的一种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构，其特征在于:在每一组InxGahN量子阱层及GaN量子垒层之间生长GaN保护层。3.如权利要求1或2所述的一种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构，其特征在于:应力平衡层为InyGa^N层，N型掺杂浓度为5 X 1017_5 X 1018。4.如权利要求3所述的一种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构，其特征在于:InyGai_yN层的厚度大于等于有源层总厚度的一半，且In组分取值为y使得InyGai_yN的晶格常数满足:有源层的平均应力等于应力平衡层InyGai_yN的应力。5.如权利要求1所述的一种具有高质量InGaN/GaN有源层的LED外延结构，其特征在于:空穴注...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓祥景，陈凯轩，林志伟，蔡建九，张永，姜伟，林志园，尧刚，
申请(专利权)人：厦门乾照光电股份有限公司，
类型：新型
国别省市：福建;35