GaN基LED外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种GaN基LED外延结构及其制备方法，包括：提供生长衬底，在生长衬底上生长缓冲层；在缓冲层上依次生长未掺杂的GaN层及N型GaN层；在N型GaN层上生长InGaN/GaN超晶格量子阱结构；在InGaN/GaN超晶格量子阱结构上生长InGaN/GaN多量子阱发光层结构；生长InGaN/GaN多量子阱发光层结构的过程中通入H2，生长InGaN势阱的过程中通入的H2的流量远小于生长GaN势垒过程中通入的H2的流量；在InGaN/GaN多量子阱发光层结构上生长P型电子阻挡层；在P型电子阻挡层上生长P型GaN层。通过控制InGaN/GaN多量子阱发光层结构生长过程中的H2流量，即能改善晶体质量，又不会对InGaN势阱材料造成腐蚀破坏，降低了量子阱结构中的晶体缺陷，从而降低了InGaN/GaN多量子阱发光层结构中有源区电子与空穴的非辐射性复合效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体发光领域，特别是涉及一种。
技术介绍
发光二极管(LED，Light Emitting D1de)由于具有寿命长、耗能低等优点，已被广泛应用于各个领域，尤其随着其照明性能指标日益大幅提高，LED在照明领域常用作发光装置。其中，以氮化镓(GaN)为代表的II1-V族化合物半导体，尤其是InGaN/GaN(氮化镓铟/氮化镓)基LED由于具有带隙宽、发光效率高、电子饱和漂移速度高、化学性质稳定等特点，在高亮度蓝光发光二极管、蓝光激光器等光电子器件领域有着巨大的应用潜力，引起了人们的广泛关注。由于InGaN材料本身在高温下容易分解，因而InGaN/GaN量子阱结构通常使用较低的温度来生长，通常量子阱结构中InGaN势阱的生长温度在750°C左右，同时GaN势皇的温度也不能太高，温度太高就会破坏已经形成的势阱。然而，在较低的温度下很难形成晶体质量较好的GaN材料，从而导致InGaN/GaN量子阱结构容易产生缺陷，增加了非辐射性复合效率。为了保护InGaN势阱，在势阱生长结束后，会先生长一层薄的低温GaN保护层，然后再生长GaN势皇层；即使这样，GaN势皇的温度也不能过高，通常它与InGaN势阱的温度差保持在110°C左右，即GaN势皇的温度在860°C左右；但在860°C左右的温度条件下，GaN势皇的质量仍然不能达到最佳。而H2在一定程度上可以改善晶体的结晶质量，例如，在InGaN/GaN量子阱结构生长过程中通比可以提高GaN的晶体质量，但过量的H 2通入同时会使InGaN势阱遭到腐蚀。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种，用于解决现有技术中由于InGaN材料在高温下容易分解，而导致的后续生长GaN的温度达不到所需的温度，生长的GaN材料晶体质量较差，进而使得InGaN/GaN量子阱结构容易产生缺陷，增加了非辐射性复合效率的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种GaN基LED外延结构的制备方法，所述制备方法包括:提供生长衬底，在所述生长衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上依次生长未掺杂的GaN层及N型GaN层；在所述N型GaN层上生长InGaN/GaN超晶格量子阱结构；在所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构上生长InGaN/GaN多量子阱发光层结构；生长所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构的同时向生长环境中通入H2，其中，生长InGaN势阱的过程中通入的H2的流量远小于生长GaN势皇过程中通入的H 2的流量；在所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构上生长P型电子阻挡层；在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述生长衬底为蓝宝石衬底、GaN衬底、硅衬底或碳化硅衬底。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述缓冲层为GaN缓冲层、AlN缓冲层或AlGaN缓冲层；所述缓冲层的厚度为1nm?50nm。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述未掺杂的GaN层及N型GaN层的生长温度为1000°C?1200°C，总生长厚度为1.5 μ m?4.5 μ m ;所述N型GaN层内的掺杂元素为Si，Si的掺杂浓度为lel8cm3?3el9cm 3。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构的生长温度为700°C?900°C;所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构的周期对数为3?30 ；InGaN势阱中In组分的摩尔组分为1%?5%;InGaN势阱的厚度为Inm?4nm，GaN势皇的厚度为Inm?9nm。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，生长所述InGaN势讲的过程中通入的比的流量为5sccm?50sccm ;生长所述GaN势皇过程中通入的!12的流量为5slm?50slm。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构的生长温度为700°C?900°C;所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构的周期对数为5?18 ；InGaN势阱中In组分的摩尔组分为15%?20%;InGaN势阱的厚度为2nm?4nm，GaN势皇的厚度为3nm?15nm。作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述P型电子阻挡层为P型AlGaN层、P型AlInGaN层或P型AlGaN/GaN超晶格结构；所述P型电子阻挡层的厚度为30nm?80nm ;所述P型电子阻挡层中的掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为5el8cm 3?3.5el9cm 30作为本专利技术的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述P型GaN层的厚度为30nm?150nm ;所述P型GaN层中的掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为5el8cm 3?le20cm3。本专利技术还提供一种GaN基LED外延结构，所述GaN基LED外延结构由下至上依次包括缓冲层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN超晶格量子阱结构、InGaN/GaN多量子阱发光层结构、P型电子阻挡层及P型GaN层。如上所述，本专利技术的，具有以下有益效果:在生长InGaN/GaN多量子阱发光层结构的同时向生长环境中通入H2，可以改善生长晶体的结晶质量；且生长InGaN势阱的过程中通入的H2的流量远小于生长GaN势皇过程中通入的H 2的流量，即能达到改善InGaN/GaN多量子阱发光层结构的晶体质量的效果，又不会对InGaN材料造成腐蚀破坏，降低了 InGaN/GaN多量子阱发光层结构中的晶体缺陷，从而降低了InGaN/GaN多量子阱发光层结构中有源区电子与空穴的非辐射性复合效率，提升了 InGaN/GaN多量子讲发光层结构的内量子效率。【附图说明】图1显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法的流程图。图2显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法中SI步骤呈现的结构示意图。图3显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法中S2步骤呈现的结构示意图。图4显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法中S3步骤呈现的结构示意图。图5显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法中S4步骤呈现的结构示意图。图6显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法中S5步骤呈现的结构示意图。图7显示为本专利技术GaN基LED外延结构的制备方法中S6步骤呈现的结构示意图。元件标号说明I生长衬底2缓冲层3未掺杂的GaN层4N 型 GaN 层5InGaN/GaN超晶格量子阱结构6InGaN/GaN多量子讲发光层结构7P型电子阻挡层8P 型 GaN 层【具体实施方式】以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图7需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供生长衬底，在所述生长衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上依次生长未掺杂的GaN层及N型GaN层；在所述N型GaN层上生长InGaN/GaN超晶格量子阱结构；在所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构上生长InGaN/GaN多量子阱发光层结构；生长所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构的同时向生长环境中通入H2，其中，生长InGaN势阱的过程中通入的H2的流量远小于生长GaN势垒过程中通入的H2的流量；在所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构上生长P型电子阻挡层；在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：琚晶，马后永，游正璋，李起鸣，张宇，徐慧文，
申请(专利权)人：映瑞光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31