一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法，该方法包括以下步骤：1）在H2气氛下，对衬底进行热处理；2)在N2、H2和NH3的混合气氛下，在热处理后的衬底上由下至上依次生长GaN缓冲层、GaN非掺杂层、掺硅元素的N型GaN掺杂层；3）在N2和NH3的混合气氛下，在所述掺硅元素的N型GaN掺杂层上生长GaN/InGaN/GaN量子阱发光层；4）在N2、H2和NH3的混合气氛下，采用2-5次脉冲的方式在所述GaN/InGaN/GaN量子阱发光层上生长掺镁元素的P型GaN掺杂层，得到氮化镓基发光二极管外延片。本发明专利技术在制备氮化镓基发光二极管外延片的过程中，利用2-5次脉冲的方式生长掺镁元素的P型GaN掺杂层，有效的提高了掺镁元素的P型GaN掺杂层中Mg的激活效率，从而提高发光二极管外延片的亮度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，该方法包括以下步骤：1）在H2气氛下，对衬底进行热处理；2)在N2、H2和NH3的混合气氛下，在热处理后的衬底上由下至上依次生长GaN缓冲层、GaN非掺杂层、掺硅元素的N型GaN掺杂层；3）在N2和NH3的混合气氛下，在所述掺硅元素的N型GaN掺杂层上生长GaN/InGaN/GaN量子阱发光层；4）在N2、H2和NH3的混合气氛下，采用2-5次脉冲的方式在所述GaN/InGaN/GaN量子阱发光层上生长掺镁元素的P型GaN掺杂层，得到氮化镓基发光二极管外延片。本专利技术在制备氮化镓基发光二极管外延片的过程中，利用2-5次脉冲的方式生长掺镁元素的P型GaN掺杂层，有效的提高了掺镁元素的P型GaN掺杂层中Mg的激活效率，从而提高发光二极管外延片的亮度。【专利说明】
本专利技术涉及，属于半导体
。
技术介绍
目前，一般蓝、绿光的发光二极管(简称LED)外延片生长采用金属有机化合物化学气相沉积(简称M0CVD)的方法，该方法是在蓝宝石衬底上外延生长GaN单晶薄膜材料，该薄膜材料中的N型掺杂层和P型掺杂层中分别掺有硅(Si)元素和镁(Mg)元素。众所周知，外延片的亮度是由空穴和电子在量子阱区复合后发出的光子所决定，而空穴的数量则是由Mg2+提供，但是在生长P型掺杂层的过程中，Mg2+极易与混合气氛中的H2键合成Mg-H键，从而使Mg2+提供的空穴浓度远远低于电子的浓度，严重影响了空穴和电子的复合，致使外延片的内量子效率降低，进而也使外延片的亮度大大降低。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题，在于提供一种氮化镓基发光二极管外延片的制备方法，该方法利用2-5次脉冲的方式生长掺镁元素的P型GaN掺杂层，有效的提高了掺镁元素的P型GaN掺杂层中Mg的激活效率，从而提高发光二极管外延片的亮度。本专利技术提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤:I)在H2气氛 下，对衬底进行热处理；2)在N2、H2和NH3的混合气氛下，在热处理后的衬底上由下至上依次生长GaN缓冲层、GaN非掺杂层、掺娃兀素的N型GaN掺杂层；3 )在N2和NH3的混合气氛下，在所述掺硅元素的N型GaN掺杂层上生长GaN/InGaN/GaN量子阱发光层；4)在N2、H2和NH3的混合气氛下，采用2-5次脉冲的方式在所述GaN/InGaN/GaN量子阱发光层上生长掺镁元素的P型GaN掺杂层，得到氮化镓基发光二极管外延片。在本专利技术步骤4)中，所述脉冲方式为:在N2、H2和NH3的混合气氛下，生长厚度为IOO-SOOnm的掺镁元素的P型GaN掺杂层；然后在N2气氛下进行退火处理。在本专利技术中，对于掺镁元素的P型GaN掺杂层的生长过程，可以根据实际需要采用2-5次的脉冲生长方式，这种生长方式可以通过分阶段的退火破坏Mg2+与混合气氛中的H2键合的Mg-H键，有效的提高了掺镁元素的P型GaN掺杂层中Mg的激活效率。在本专利技术步骤4)中，控制生长掺镁元素的P型GaN掺杂层的温度为750_1050°C，压力为2001'01^，队、!12和順3的流量比(流量单位:1711^11，全文同)为64:120:50 ;控制退火处理的温度为650-850°C，时间为0.5-20min，压力为15_200Torr，N2的流量为40_200L/min。在本专利技术步骤I)中，控制热处理的温度为1000-1200°c，时间为3-10min，压力为200-500Torr, H2 的流量为 110_130L/min。在本专利技术步骤2 )中，控制生长GaN缓冲层的厚度为30_40nm，温度为500-600 V，压力为5001'01^，队、!12和順3的流量比为75:150:56 ;控制在GaN缓冲层上生长GaN非掺杂层的厚度为800-3000nm，温度为1000-1200°C，压力为200_500Torr，N2, H2和NH3的流量比为75:150:56 ;控制在GaN非掺杂层上生长掺硅元素的N型GaN掺杂层的厚度为200_2000nm，温度为 1000-1200°C，压力为 200Torr, N2, H2 和 NH3 的流量比为 64:120:50。在本专利技术步骤3)中，控制生长GaN/InGaN/GaN量子阱发光层的单层厚度为10-15nm，温度为 750_880°C，压力为 200Torr，N2 和 NH3 的流量比为 72:40。本专利技术还提供了利用上述方法制备得到的氮化镓基发光二极管外延片，该外延片包括:在衬底上由下至上依次生长的GaN缓冲层、GaN非掺杂层、掺硅元素的N型GaN掺杂层、GaN/InGaN/GaN量子阱发光层以及掺镁元素的P型GaN掺杂层；其中，所述掺镁元素的P型GaN掺杂层是通过2-5次脉冲方式生长得到的。在本专利技术中，所使用衬底的材质为三氧化二铝、碳化硅或硅。本专利技术在制备氮化镓基发光二极管外延片的过程中，利用2-5次脉冲的方式生长掺镁元素的P型GaN掺杂层，有效的破坏Mg2+和混合气氛中的H2键合的Mg-H键，提高了掺镁元素的P型GaN掺杂层中Mg的激活效率，从而也提高了发光二极管外延片的亮度。 【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本专利技术实施例中，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本专利技术提供的氮化镓基发光二极管外延片，包括在蓝宝石(三氧化二铝)衬底上由下至上依次生长的GaN缓冲层、GaN非掺杂层、掺硅元素的N型GaN掺杂层、GaN/InGaN/GaN量子阱发光层以及掺镁元素的P型GaN掺杂层；其中，掺镁元素的P型GaN掺杂层的厚度为200nmo以下给出本实施例氮化镓基发光二极管外延片的制备方法，该方法包括如下步骤:I)将蓝宝石(三氧化二铝)衬底置入反应室中，在流量为120L/min的H2气氛下加热至1080°C烘烤5min，反应室压力为200Torr ；2)在540°C下生长厚度为35nm的GaN缓冲层，反应室压力为500Torr，N2、H2和NH3的流量比为75:150:56 ；在1070°C下生长厚度为2000nm的GaN非掺杂层，反应室压力为200Torr，N2、H2和NH3的流量比为75:150:56 ；在1080°C下生长厚度为1400nm的掺硅元素的N型GaN掺杂层，反应室压力为200Torr，N2、H2 和 NH3 的流量比为 64:120:50 ；3)在750-880°C下生长单层厚度为13nm的GaN/InGaN/GaN量子阱发光层，生长对数为13对，反应室压力为200Torr, N2和NH3的流量比为72:40 ；4)在950°C下生长厚度为IOOnm的掺镁元素的P型GaN掺杂层，反应室压力为200Torr, N2, H2和NH3的流量比为64:120:50 ;然后降低温度至710°C，在反应室压力为50Torr, N2的流量为150L/min的条件下退火处理2min ；再次升温至950°C继续生长厚度为IOOnm的掺镁元素的P型GaN掺杂层，反应室压力为2001'01^本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓基发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）在H2气氛下，对衬底进行热处理；2)在N2、H2和NH3的混合气氛下，在热处理后的衬底上由下至上依次生长GaN缓冲层、GaN非掺杂层、掺硅元素的N型GaN掺杂层；3）在N2和NH3的混合气氛下，在所述掺硅元素的N型GaN掺杂层上生长GaN/InGaN/GaN量子阱发光层；4）在N2、H2和NH3的混合气氛下，采用2‑5次脉冲的方式在所述GaN/InGaN/GaN量子阱发光层上生长掺镁元素的P型GaN掺杂层，得到氮化镓基发光二极管外延片。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：焦建军，杨天鹏，陈大旭，周德保，陈向东，康建，梁旭东，
申请(专利权)人：江西圆融光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36