改善应力释放和载流子存储的发光二极管浅阱生长方法技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改善应力释放和载流子存储的发光二极管外延片，所述外延片的结构自下而上依次为衬底、低温GaN缓冲层、未惨杂的闻温GaN缓冲层、Si惨N型GaN层、低温浅量子阱、低温多量子阱发光层、低温P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、高温P型GaN层和P型接触层；所述浅量子阱由5 12个周期的InxGal-XN(0.04<x<0.4)/GaN多量子阱组成，所述多量子阱的生长方式是类漏斗形式。优选地，所述衬底为蓝宝石、GaN单晶、单晶硅或碳化硅单晶。本专利技术还涉及一种前述的改善应力释放和载流子存储的发光二极管外延片的浅阱生长方法，包括以下步骤: A、衬底清洁后氮化处理，依次生长低温GaN缓冲层、未掺杂的高温GaN缓冲层、掺杂浓度稳定的Si掺N型GaN层； B、在所述Si掺N型GaN层上生长低温浅量子阱，所述低温浅量子阱由5 12个周期的InXGal-XN(0.04<x<0.4)/GaN多量子阱组成，所述多量子阱的生长方式为类漏斗形式，所类漏斗形式生长是通过In掺杂浓度和时间形成的梯度变化来实现的，所述In掺杂浓度为In在多量子阱中的摩尔组分含量为5% 15% ;所述浅量子阱层里的势垒层采用掺杂硅的工艺进行生长，硅掺杂的比例为5 15% ； C、所述低温浅量子阱生长结束后，生长低温多量子阱发光层；所述低温多量子阱发光层由3 15个周期的InyGal-yN(x〈y〈l)/GaN多量子阱组成，所述多量子阱中In的摩尔组分含量为10% 50% ； D、自所述低温多量子阱发光层起，依次生长低温P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、高温P型GaN层、P型接触层； E、降温至650°C 800°C，纯氮气氛围中退火处理5 15min，降至室温，制得具有改善应力释放和载流子存储的发光二 极管浅阱的LED外延片。优选地，步骤B中，所述低温浅量子阱的厚度为2.5nm 6.5nm，生长温度为720°C 900°C，压力为 IOOTorr 600 Torr, V / III摩尔比为 300 5000。优选地，步骤C中，所述多量子阱的厚度为2nm 5nm，生长温度为720°C 820°C，生长压力为200Torr 500 Torr, V /III摩尔比为350 5000。优选地，所述低温多量子阱发光层由量子垒a、b和c组成，所述量子垒a生长厚度为IOnm 15nm,所述量子鱼b生长厚度为7nm 11.5nm,所述量子鱼c生长厚度为8nm 12nm。优选地，所述量子垒a和b生长时通入的MO源气体种类相同，所述量子垒a和b的厚度的减薄方式是在MO源的通入时间保持不变时，通过减少MO源和气体的通入量来实现的。优选地,所述量子鱼c与所述量子鱼a和b生长时通入的MO源气体不同，所述量子垒c厚度的减薄是通过减少MO源的通入时间来实现的。优选地，所述P型AlGaN电子阻挡层中的Al的摩尔组分含量为15% 40%，所述P型AlGaN电子阻挡层的禁带宽度大于所述量子垒c的禁带宽度。优选地，所述P型AlGaN电子阻挡层的禁带宽度为4ev 5.5ev。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果: 本专利技术在浅阱的阱区创新的漏斗形浅阱结构既能很好存储载流子(电子)又可以避免因N区载子掺杂浓度和迁移率过大造成溢流，具体为采用铟掺杂梯度交替和超晶格相结合的生长结构，其中阱层采用Ramp生长方式，该生长方式能有效的减少多量子阱中的压电效应，一方面有利于应力释放，一方面为浅阱作载子注入量子阱前的临时储存器提供更可靠的存储功能避免电子溢流，且在高速成长的浅垒中会存在较大的晶格间隙，这种间隙既能很好的释放内应力，又更易让载子在需要的时候传输提供途径；浅阱的垒区采用不同硅掺杂比例生长浅阱的浅垒，生长的的这种垒晶不致密垒层也成为异质结外延垒晶应力很好释放区，尤其对于InGaN与GaN超晶格的晶格失配应力起到很好的缓释作用； 本专利技术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。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显: 图1为本专利技术的LED外延片结构示意 图2为浅量子阱和发光层的能带示意 其中，I为衬底、2为低温GaN缓冲层、3为未掺杂的高温GaN缓冲层、4为Si掺杂的N型GaN层、5为浅量子阱、6a为多量子阱发光层、6b为多量子阱发光层、6c为多量子阱发光层、7为低温P型GaN层、8为P型铝镓氮电子阻挡层、9为高温P型GaN层、10为P型GaN接触层。具体实施例方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1 本实施例利用Vecco K465系列MOCVD系统实施。本实施例以高纯氢气(H2)或氮气(N2)作为载气，以三甲基镓(TMGa)，三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3 )分别作为Ga、Al、In和N源，用硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别作为η、P型掺杂剂。本实施例的改善应力释放和载流子存储的发光二极管外延片如图1所示，从下向上的顺序依次包括:衬底1、低温GaN缓冲层2、未掺杂的高温GaN缓冲层3、Si掺杂的N型GaN层4、浅量子讲5、多量子讲发光层6a、多量子讲发光层6b、多量子讲发光层6c、低温P型GaN层7、P型铝镓氮电子阻挡层8、高温P型GaN层9、P型GaN接触层10。所述衬底为蓝宝石、GaN单晶、单晶硅或碳化硅单晶，以适合GaN垒晶外延材料生长。本实施例的LED外延片结构的生长方法如下: 步骤一，将衬底I在氢气气氛里进行退火5 10分钟，清洁所述衬底I表面，温度控制在1050 1200°C之间，然后进行氮化处理； 步骤二，将温度下降到550°C 650°C之间，生长15 30nm厚的低温GaN缓冲层2，生长压力控制在350 760 Torr之间，V / III摩尔比在500 3200之间； 步骤三，所述低温GaN缓冲层2生长结束后，停止通入TMGa，对其原位进行热退火处理， 将所述衬底I的温度升高至900 1200°C之间,退火时间在5min至15min之间,退火之后，将温度调节至1000 1200°C之间，生长厚度为0.5Mm 3Mm间的未掺杂的高温GaN缓冲层3，生长压力在IOOTorr 500 Torr之间，V / III摩尔比(第五族元素和第三族元素的摩尔比,在此为N、Ga的摩尔比)在300 3300之间； 步骤四，所述未掺杂的高温GaN缓冲层3生长结束后，生长一层掺杂浓度稳定的Si掺N型GaN层4，厚度在1.5 5.0Mm之间，生长温度在1000°C 1200°C之间，生长压力在100 500 Torr之间，V / III摩尔比在300 3300之间； 步骤五，上述Si掺杂的N型GaN层4生长结束后，开始生长低温浅量子阱5，所述浅量子阱5由5 12个周期的InxGal_XN(0.04〈x〈0.4)/GaN多量子阱组成，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善应力释放和载流子存储的发光二极管外延片，其特征在于，所述外延片的结构自下而上依次为衬底、低温GaN缓冲层、未掺杂的高温GaN缓冲层、Si掺N型GaN层、低温浅量子阱、低温多量子阱发光层、低温P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、高温P型GaN层和P型接触层；所述浅量子阱由5～12个周期的InxGa1?XN(0.04

【技术特征摘要】
1.一种改善应力释放和载流子存储的发光二极管外延片，其特征在于，所述外延片的结构自下而上依次为衬底、低温GaN缓冲层、未掺杂的高温GaN缓冲层、Si掺N型GaN层、低温浅量子阱、低温多量子阱发光层、低温P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、高温P型GaN层和P型接触层；所述浅量子阱由5 12个周期的InxGal-XN(0.04<x<0.4)/GaN多量子阱组成，所述多量子阱的生长方式是类漏斗形式。2.根据权利要求1所述的改善应力释放和载流子存储的发光二极管外延片，其特征在于，所述衬底为蓝宝石、GaN单晶、单晶硅或碳化硅单晶。3.一种根据权利要求1所述的改善应力释放和载流子存储的发光二极管外延片的浅阱生长方法，其特征在于，包括以下步骤: A、衬底清洁后氮化处理，依次生长低温GaN缓冲层、未掺杂的高温GaN缓冲层、掺杂浓度稳定的Si掺N型GaN层； B、在所述Si掺N型GaN层上生长低温浅量子阱，所述低温浅量子阱由5 12个周期的InxGal-XN(0.04<x<0.4)/GaN多量子阱组成，所述多量子阱的生长方式为类漏斗形式，所述类漏斗形式生长是通过In掺杂浓度和时间形成的梯度变化来实现的，所述In掺杂浓度为In在多量子阱中的摩尔组分含量为5% 15% ； C、所述低温浅量子阱生长结束后，生长低温多量子阱发光层；所述低温多量子阱发光层由3 15个周期的InyGal-yN(x〈y〈l)/GaN多量子阱组成，所述多量子阱中In的摩尔组分含量为10% 50% ； D、自所述低温多量子阱发光层起，依次生长低温P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、高温P型GaN层、P型接触层； E、降温至650°C 800°C，纯氮气氛围中退火处理5 15min，降至室温，制得具有改善应力释放和载流子存储的发光二极管浅阱的LED外延片。4.根据权利要求3所述的改善应力释放...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋利民，郭丽彬，李刚，吴礼清，杨奎，
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：