一种提高GaN基LED发光效率的浅量子阱生长方法技术

本发明专利技术涉及一种提高GaN基LED发光效率的浅量子阱生长方法，该LED外延片结构从下向上的顺序依次为：衬底层、低温GaN缓冲层、未掺杂的高温GaN缓冲层、Si掺杂的n型GaN层、发光层多量子阱、低温p型GaN层、p型AlGaN电子阻挡层、高温p型GaN层、p型GaN接触层；发光层多量子阱从下往上依次包括低温浅量子阱、低温多量子阱发光层结构；其中低温浅量子阱由三部分浅量子阱组成。本发明专利技术所提供的方法可以有效的获得高结晶质量、高发光效率的量子阱结构氮化镓基材料，获得高发光强度的氮化镓系发光二极管。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于GaN系材料制备
,更具体地说，涉及一种通过改善GaN基LED量子阱中浅量子阱生长结构提高发光效率的方法。_
技术介绍
GaN基材料是离子晶体，由于正负电荷不重合，形成自发极化；另外由于InGaN和GaN材料之间的晶格适配，又会引起压电极化，进而形成压电极化场。极化场的存在，一方面 使得量子阱的等效禁带宽度减小，发光波长红移；令一方面电子和空穴波函数的交叠会减小，降低其辐射复合几率。影响量子阱发光效率的另外一个原因N区注入的电子有很大的载流子迁移率和浓度，在大电流的驱动下会越过量子阱区和P区的空穴复合，引起非辐射复合，使得发光效率的降低，而空穴的有效质量较大，其迁移率和载流子浓度都较低，远离P区的空穴分布很少，整个阱区空穴分布很不均匀，造成辐射复合几率下降。对于电子浓度的优化，主要使用了电子扩展层，电子阻挡层以及电荷非对称共振隧穿结构等方法，在空穴的分布上使用了厚度较小的最后一层垒等方法。上述方法一定程度上提高了量子阱的辐射复合效率，但效果有限。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的问题，提供一种提高GaN基LED发光效率的浅量子阱生长方法，可以有效的获得高结晶质量、高发光效率的量子阱结构氮化镓基材料，获得高发光强度的氮化镓系发光二极管。本专利技术是通过以下技术方案实现的 一种提高GaN基LED发光效率的浅量子阱生长方法，该LED发光二极管外延片结构从下向上的顺序依次为衬底层、低温GaN缓冲层、未掺杂的高温GaN缓冲层、Si掺杂的η型GaN层、发光层多量子阱、低温P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、高温P型GaN层、P型GaN接触层；发光层多量子阱从下往上依次包括低温浅量子阱、低温多量子阱发光层结构；其中低温浅量子阱分三部分，该三个部分全部采用高压大于200Torr进行生长，并且该三部分浅量子阱的阱层含铟量以逐渐减少的变化方式进行生长，同时第一部分浅量子阱垒层的生长厚度在原有基础上增加18%-22%，通过增加MO源的通入量来实现；第二部分浅量子阱的垒层厚度保持不变；第三部分浅量子阱的垒层厚度在第二部分的基础上减薄18%-22%，通过减少MO源的通入时间和通入量来共同实现。所述生长厚度,其增加厚度为6nm 12nm。所述生长厚度，其减薄厚度为4nm 8nm。本专利技术所提供的LED发光二极管外延片结构，能够有效减少量子阱区的缺陷密度，调整PN结位置，提高电子和空穴在发光量子阱区的复合效率。另外使发光二级管使N区的电子通过浅量子阱的阻挡储蓄作用不至于移动到P区与P区空穴发生非辐射复合，P区的空穴能够尽多的移动到多量子阱发光区域，进而使多量子阱区可以与P N结很好的重合，让电子和空穴主要在量子阱中通关带边辐射复合发光，可以提高发光二极管的发光效率；而且这种改进的发光二极管结构，对生长设备和工艺条件无特殊要求，不会使随后的生长及工艺步骤复杂化。本专利技术所提供的各层结构的生长方式能够克服已有技术量子阱发光二极管中电子和空穴复合几率和发光强度低的缺陷；能够改善结晶质量，为发光量子阱层打好基础，较好的减少InGaN和GaN间的V型缺陷；优化调整PN结的位置，增加内量子阱效应提高发光效率；同时对N区的电子起到很好的截留储蓄作用，在一定的驱动电压下电子能够更多的顺利迁移到多量子阱发光区；进而获得更高发光强度的GaN基LED发光二极管。_·附图说明图I是本专利技术所提供的LED外延结构示意 图2是图I中浅量子阱的组成示意图。_具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图I所示，本专利技术提供的LED外延结构，包括衬底层I、低温GaN缓冲层2、未掺杂的高温GaN缓冲层3、Si掺杂η型GaN层4、浅量子阱5、发光层多量子阱6、低温ρ型GaN层7、P型AlGaN电子阻挡层8、高温ρ型GaN层9、ρ型GaN接触层10。本专利技术所提供的改善GaN基LED浅量子阱生长结构提高发光效率的方法具体实施步骤如下 将衬底层I在氢气气氛里进行退火I 10分钟，清洁所述衬底表面，温度控制在1050 1080°C之间，然后进行氮化处理。所述衬底是适合GaN及其半导体外延材料生长的材料，如蓝宝石，GaN单晶，单晶硅、碳化硅单晶等。将温度下降到450°C 650°C之间，生长15 35nm厚的低温GaN缓冲层2，此生长过程时，生长压力控制在4000 760 Torr之间，V / III摩尔比在500 3200之间。所述低温GaN缓冲层生长结束后，对其原位进行热退火处理，停止通入TMGa，将衬底温度升高至950 1200°C之间，退火时间在5分钟至10分钟之间。退火之后，将温度调节至1000 1200°C之间，生长厚度为O. 8um 4um间的未掺杂的高温GaN缓冲层3，此生长过程时，生长压力在IOOTorr 600 Torr之间，V / III摩尔比在300 3300之间。所述未掺杂的高温GaN缓冲层3生长结束后，生长一层Si掺杂浓度稳定的η型GaN层4，厚度在L O 5. Oum，生长温度在1000°C 1200°C之间，生长压力在50 550 Torr之间，V / III摩尔比在300 3300之间。所述Si掺杂η层GaN层4生长结束后，生长由8 16个周期的InpGa1 PN(0. 04<P<0. 8)/GaN组成的浅量子阱层5。该层分三部分进行生长如图2所示，第一部分浅量子阱 InxGa1 ΧΝ (O. 4〈χ〈0· 8) /GaN 层 5a，由 4 至 8 个 InxGa1 XN (O. 4〈χ〈0· 8) /GaN层循环组成；第二部分浅量子阱InyGai yN(0. l〈y〈0. 4)/GaN层5b，由2至4个InyGa卜yN(0. l<y<0. 4)/GaN层循环组成；第三部分浅量子阱InzGai zN(0. 04<z<0. l)/GaN层5c，由2至4个InzGa1 ΖΝ(0. 1<ζ<0. 4) /GaN层循环组成。且第一部分浅量子阱InxGa1 XN(0. 4<x<0. 8)/GaN层5a的垒层的生长厚度在现有基础上增加20%，通过增加MO (有机金属)源的通入量实现，现有程序垒层厚度5nm IOnm ;第二部分浅量子阱的垒层厚度和现有垒层厚度相同；第三部分浅量子阱的垒层厚度在现有垒层厚度基础上减薄20%，通过减少MO源的通入时间和通入量共同实现。所有三部分浅量子阱结构中阱的厚度在3nm 7nm之间，浅量子阱层的生长温度在720°C 920°C之间，压力固定在250Torr，V /III摩尔比在根据通入量的不同在300 5000之间变化。 所述低温浅量子阱层5生长结束后，开始生长低温发光层多量子阱6结构，低温发光层多量子阱6由3 15个周期的InyGahyNOKyUVGaN多量子阱组成。其中阱的生长方式是类梯形形式，In的组份保持不变，在10% 50%之间，阱的厚度在2nm 5nm之间，生长温度在720°C 820°C之间，生长压力在200Torr 500 Torr之间，V /III摩尔比在400 5300之间。鱼层分三部分进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高GaN基LED发光效率的浅量子阱生长方法，其特征在于，该LED发光二极管外延片结构从下向上的顺序依次为：衬底层、低温GaN缓冲层、未掺杂的高温GaN缓冲层、Si掺杂的n型GaN层、发光层多量子阱、低温p型GaN层、p型AlGaN电子阻挡层、高温p型GaN层、p型GaN接触层；发光层多量子阱从下往上依次包括低温浅量子阱、低温多量子阱发光层结构；其中低温浅量子阱分三部分，该三个部分全部采用高压大于200Torr进行生长，并且该三部分浅量子阱的阱层含铟量以逐渐减少的变化方式进行生长，同时第一部分浅量子阱垒层的生长厚度在原有基础上增加18%？22%，通过增加MO源的通入量来实现；第二部分浅量子阱的垒层厚度保持不变；第三部分浅量子阱的垒层厚度在第二部分的基础上减薄18%？22%，通过减少MO源的通入时间和通入量来共同实现。

【技术特征摘要】
1.一种提高GaN基LED发光效率的浅量子阱生长方法，其特征在于，该LED发光二极管外延片结构从下向上的顺序依次为衬底层、低温GaN缓冲层、未掺杂的高温GaN缓冲层、Si掺杂的η型GaN层、发光层多量子阱、低温ρ型GaN层、ρ型AlGaN电子阻挡层、高温P型GaN层、P型GaN接触层；发光层多量子阱从下往上依次包括低温浅量子阱、低温多量子阱发光层结构；其中低温浅量子阱分三部分，该三个部分全部采用高压大于200Torr进行生长，并且该三部分浅量子阱的阱层含铟量以逐渐减少的变化方式进行生长，同时第一部分浅量子阱垒层的生长厚度在原有基础上增加18%-22%，通过增加MO源的通入量来实现；第二部分浅量子阱的垒层厚度保持不变；第三部分浅量子阱的垒层厚度在第二部分的基础上减薄18%-22%，通过减少MO源的通入时间和通入量来共同实现。2.如权利要求I所述的提高GaN基LED发光效率的浅量子阱生长方法，其特征在于，所述衬底层的生长方法是在氢气气氛里进行退火I 10分钟，清洁衬底表面，温度控制在1050 1080°C之间，然后进行氮化处理。3.如权利要求2所述的提高GaN基LED发光效率的浅量子阱生长方法，其特征在于，所述低温GaN缓冲层的生长方法是将温度下降到450°C 650°C之间，压力控制在4000 760 Torr之间，V / III摩尔比在500 3200之间，生长15 35nm厚的GaN低温缓冲层。4.如权利要求3所述的提高GaN基LED发光效率的浅量子阱生长方法，其特征在于，所述未掺杂的高温GaN缓冲层的生长方法是在所述低温GaN缓冲层生长结束后，对其原位进行热退火处理，停止通入TMGa,将衬底温度升高至950 1200°C之间，退火时间在5 IOmin之间，退火之后，将温度调节至1000 1200°C之间，生长厚度为O. 8um 4um间的高温不掺杂GaN缓冲层，此生长过程时，压力在IOOTorr 600 Torr之间，V / III摩尔比在300 3300之间。5.如权利要求4所述的提高GaN基LED发光效率的浅量子阱生长方法，其特征在于，所述Si掺杂的η型GaN层的生长方法是在所述未掺杂的高温GaN缓冲层生长结束后，在生长温度1000°C 1200°C之间，生长压力在50 550 Torr之间，V /III摩尔比在300 3300之间，生长一层掺杂浓度稳定的η型GaN层，厚度在I. O 5. Oum。6.如权利要求5所述的提高GaN基LED发光效率的浅量子阱生长方法，其特征在于，所述发光层多量子阱的生长方法是包括从下往上依次生长的低温浅量子阱和低温多量子阱发光层结构；其中 所述低温浅量子阱包括三个部分，其生长方法是第一部分浅量子阱InxGa1^xNAiaN层，由4至8个InfanN/GaN层循环组成，其中O. 4<x<0. 8 ;第二部分浅量子阱InyGa1^yN/GaN层，由2至4个InyGa1^yNziGaN层循环组成，其中O. l〈y〈0. 4，第三部分浅量子阱InzGa卜zN/GaN层，由2至4个InzGa1 zN/GaN层循环组成，其中O. 1<ζ<0. 4，该三部分浅量子阱结构中阱的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永，王耀国，钟尹泰，
申请(专利权)人：合肥彩虹蓝光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：