一种多量子阱基发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多量子阱基发光二极管及其制备方法，包括衬底，还包括：依次层叠于衬底之上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层及P型GaN层；其中，多量子阱层包括若干周期交替堆叠的量子阱层和量子垒层，量子阱层依次包括第一量子阱子层、第二量子阱子层及第三量子阱子层，第一量子阱子层设于N型GaN层之上；第一量子阱子层包括第一GaN层以及设于第一GaN层之上的第二GaN层，第一GaN层设于N型GaN层之上；第三量子阱子层包括第一InGaN层以及设于第一InGaN层之上的第二InGaN层，第一InGaN层设于第二量子阱子层之上，本发明专利技术能够解决现有技术中低温生长的InGaN量子阱层降低了多量子阱层的晶体质量，影响多量子阱基发光二极管的发光效率的技术问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多量子阱基发光二极管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体光电
，具体涉及一种多量子阱基发光二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的不断发展，以氮化镓(GaN)为代表的III族氮化物半导体，作为发光二极管(LED)、激光器(LD)和高电子迁移率晶体管(HEMT)等电子和光电子器件的理想材料受到广泛的关注。其中，多量子阱基发光二极管可通过调节多量子阱层的In组分来改变带隙宽度，从而使其发光波长能够覆盖从近紫外到近红外的极宽光谱范围。
[0003]目前比较常见的多量子阱基发光二极管为采用多量子阱层作为氮化镓基发光二极管的核心发光层，通过N型半导体层的电子与P型半导体层的空穴在多量子阱层中发生辐射复合，实现氮化镓基发光二极管的发光。多量子阱层包括GaN量子垒层和InGaN量子阱层，通过调节InGaN量子阱层的In组分来调节多量子阱基发光二极管的性能，而InGaN量子阱层In
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N键很弱，当温度加热至800℃时所产生热激活能达到In
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N键的分离激活能，In的并入对量子阱层的生长温度非常敏感，因此，为了获得高In组分InGaN量子阱层，常常采用较低的外延生长温度，但是NH3作为InGaN量子阱层的N源，在在较低温度下NH3裂解率大幅度降低，活性N源严重不足，同时低温也会降低原子迁移率，造成InGaN生长不均匀，两者共同作用导致低温生长的InGaN量子阱层的晶体质量显著降低。这些晶体缺陷为非辐射复合提供了通道，降低电子和空穴辐射复合效率，降低了多量子阱基发光二极管的发光效率。
[0004]因此，现有的多量子阱基发光二极管普遍存在低温生长的InGaN量子阱层降低了多量子阱层的晶体质量，影响多量子阱基发光二极管的发光效率的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种多量子阱基发光二极管及其制备方法，旨在解决现有技术中低温生长的InGaN量子阱层降低了多量子阱层的晶体质量，影响多量子阱基发光二极管的发光效率的技术问题。
[0006]本专利技术的一方面在于提供一种多量子阱基发光二极管，所述多量子阱基发光二极管包括：
[0007]依次层叠于所述衬底之上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层及P型GaN层；
[0008]其中，所述多量子阱层包括若干周期交替堆叠的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层依次包括第一量子阱子层、第二量子阱子层及第三量子阱子层，所述第一量子阱子层设于所述N型GaN层之上；
[0009]所述第一量子阱子层包括第一GaN层以及设于所述第一GaN层之上的第二GaN层，所述第一GaN层设于所述N型GaN层之上；
[0010]所述第三量子阱子层包括第一InGaN层以及设于所述第一InGaN层之上的第二
InGaN层，所述第一InGaN层设于所述第二量子阱子层之上。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：通过本专利技术提供的一种多量子阱基发光二极管，量子阱层采用多层设置，提高量子阱层的晶体质量，避免只有低温生长的InGaN层作为量子阱层，导致量子阱层晶体质量降低，电子与空穴的辐射复合效率降低，从而降低发光二极管的发光效率，具体为，量子阱层依次包括第一量子阱子层、第二量子阱子层及第三量子阱子层，第一量子阱子层包括第一GaN层以及设于第一GaN层之上的第二GaN层，第三量子阱子层包括第一InGaN层以及设于第一InGaN层之上的第二InGaN层，第一InGaN层设于第二量子阱子层之上，第一量子阱子层通过第一GaN层和第二GaN层以提高第二量子阱子层之前的晶体质量，以利于后续外延层的生长，第二量子阱子层降低N型GaN层与第三量子阱子层的晶格失配，进一步提高了第三量子阱子层的晶体质量，第三量子阱子层通过第一InGaN层来提高In原子的并入，并通过第二InGaN层来提高In原子的均匀性，防止In原子团簇，提高原子迁移率，从而提高第三量子阱子层的晶体质量，在第一量子阱子层、第二量子阱子层及第三量子阱子层的共同作用下，量子阱层的晶体质量得到显著提升，电子与空穴的辐射复合增加，从而提升了发光二极管的效率。从而解决了普遍存在的低温生长的InGaN量子阱层降低了多量子阱层的晶体质量，影响多量子阱基发光二极管的发光效率的技术问题。
[0012]根据上述技术方案的一方面，所述量子阱层的厚度为2
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5nm。
[0013]根据上述技术方案的一方面，所述第一GaN层、所述第二GaN层、所述第二量子阱子层、所述第一InGaN层及所述第二InGaN层的厚度之比为1
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2：1：1：4
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8：1
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2。
[0014]根据上述技术方案的一方面，所述第二量子阱子层为In组分渐变的InGaN薄膜层，所述In组分为0.01
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0.5，且所述In组分由靠近所述第一量子阱子层一侧向远离所述第一量子阱子层一侧逐渐升高。
[0015]根据上述技术方案的一方面，所述第一GaN层为恒温生长的GaN薄膜层，生长温度为820
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880℃，所述第二GaN层为温度逐渐降低生长的GaN薄膜层，生长温度下降20
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50℃。
[0016]根据上述技术方案的一方面，所述第一InGaN层为恒温生长的InGaN薄膜层，生长温度为750
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830℃，所述第二InGaN层为温度逐渐升高生长的InGaN薄膜层，生长温度升高50
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100℃。
[0017]根据上述技术方案的一方面，所述第一InGaN层的In组分为0.05
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0.5，所述第二InGaN层的In组分为0.05
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0.5。
[0018]本专利技术的另一方面在于提供一种多量子阱基发光二极管的制备方法，所述制备方法用于制备权利要求1
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8任一项所述的多量子阱基发光二极管，所述制备方法包括：
[0019]提供一衬底；
[0020]在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层及N型GaN层；
[0021]在所述N型GaN层上外延生长多量子阱层，其中，所述多量子阱层依次包括若干周期交替堆叠的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层依次包括第一量子阱子层、第二量子阱子层及第三量子阱子层，所述第一量子阱子层生长于所述N型GaN层之上，所述第一量子阱子层包括第一GaN层以及生长于所述第一GaN层之上的第二GaN层，所述第一GaN层生长于所述N型GaN层之上，所述第三量子阱子层包括第一InGaN层以及生长于所述第一InGaN层之上的第二InGaN层，所述第一InGaN层生长于所述第二量子阱子层之上；
[0022]在所述多量子阱层上依次生长电子阻挡层和P型GaN层。
[0023]进一步说明，所述量子阱层生长步骤包括：
[0024]将温度逐渐降低，降温速率为40
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多量子阱基发光二极管，包括衬底，其特征在于，所述多量子阱基发光二极管还包括：依次层叠于所述衬底之上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层及P型GaN层；其中，所述多量子阱层包括若干周期交替堆叠的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层依次包括第一量子阱子层、第二量子阱子层及第三量子阱子层，所述第一量子阱子层设于所述N型GaN层之上；所述第一量子阱子层包括第一GaN层以及设于所述第一GaN层之上的第二GaN层，所述第一GaN层设于所述N型GaN层之上；所述第三量子阱子层包括第一InGaN层以及设于所述第一InGaN层之上的第二InGaN层，所述第一InGaN层设于所述第二量子阱子层之上。2.根据权利要求1所述的多量子阱基发光二极管，其特征在于，所述量子阱层的厚度为2
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5nm。3.根据权利要求1所述的多量子阱基发光二极管，其特征在于，所述第一GaN层、所述第二GaN层、所述第二量子阱子层、所述第一InGaN层及所述第二InGaN层的厚度比为1
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2：1：1：4
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8：1
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2。4.根据权利要求3所述的多量子阱基发光二极管，其特征在于，所述第二量子阱子层为In组分渐变的InGaN薄膜层，所述In组分为0.01
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0.5，且所述In组分由靠近所述第一量子阱子层一侧向远离所述第一量子阱子层一侧逐渐升高。5.根据权利要求1所述的多量子阱基发光二极管，其特征在于，所述第一GaN层为恒温生长的GaN薄膜层，生长温度为820
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880℃，所述第二GaN层为温度逐渐降低生长的GaN薄膜层，生长温度下降20
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50℃。6.根据权利要求1所述的多量子阱基发光二极管，其特征在于，所述第一InGaN层为恒温生长的InGaN薄膜层，生长温度为750
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830℃，所述第二InGaN层为温度逐渐升高生长的InGaN薄膜层，生长温度升高50
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100℃。7.根据权利要求6所述的多量子阱基发光二极管，其特征在于，所述第一InGaN层的In组分为0.05
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0.5，所述第二InGaN层的In组分为0.05
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0.5。8.根据权利要求1所述的多量子阱基发光二极管，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：程龙，郑文杰，高虹，曾家明，胡加辉，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：