[发明专利]一种新型GAN基LED量子阱有源区的外延生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及GaN基材料的外延生长，尤其涉及GaN基蓝绿光发光二极管的外延生长。

背景技术

发光二极管（LED, Light Emitting Diode）具有长寿、节能、环保、可靠性高等优点，并且近年来，LED在大屏幕彩色显示、交通信号灯和照明等领域发挥了越来越重要的作用。但要在全彩屏显示和照明领域应用更加广泛，LED的亮度有待进一步的提升，生长成本还有待于进一步降低。

目前绝大多数GaN基蓝绿光LED都是采用金属有机化合物气相沉积方法（MOCVD: Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）异质外延生长在蓝宝石（Al₂O₃）衬底上，但由于GaN和蓝宝石衬底间具有大的晶格常数和热膨胀系数失配，会在界面处产生强的应力作用，对于目前通用的蓝绿光LED外延结构，通常是采用生长很多周期的高低温量子阱来释放应力，而这种生长方法通常比较耗时，成本较高。

因此，采用特殊的外延方法降低GaN外延层中的应力，提高量子阱有源区材料的晶体质量，同时缩短量子阱有源区的生长时间，降低生产成本，是满足当下LED行业发展形势的基本要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型GAN基LED量子阱有源区的外延生长方法，通过采用特殊的InGaN/GaN量子阱有源区外延生长方法来提高量子阱有源区的整体质量，进而提高发光效率；同时由于该方法生长的量子阱有源区较薄，相比于传统的外延生长方法，整体可节约30％的生长时间。

本发明的技术方案为：一种新型GAN基LED量子阱有源区的外延生长方法，该芯片包括衬底以及依次层叠于衬底上的缓冲层、u-GaN、n型 GaN、量子阱有源区、p型GaN，其特征在于：量子阱有源区中的量子垒的生长方法步骤：在纯氮气氛下生长完量子阱后，先切换为纯氢气氛生长一段时间量子垒，然后再切换成纯氮气氛再生长一段时间量子垒，即量子垒的生长气氛是纯氮纯氢气氛切换；在量子阱长完后，先生长一层较厚的纯氢量子垒，然后在纯氮气氛下等待一段时间，之后再生长一层纯氮量子垒。量子垒的生长温度比量子阱的温度高0～35℃。纯氢量子垒35～45埃，纯氮量子垒5～10埃。所述的量子垒生长过程中纯氮气氛下的等待阶段，等待时间约1～5分钟。 

本发明的优点在于：本发明外延方法生长的量子阱有源区结构，量子垒是在近乎量子阱的低温下生长的，有利于材料中应力的释放；另外由于量子垒相当厚的部分是在纯氢气氛下外延生长，而纯氢气氛有利于在低温下生长较高质量的GaN量子垒，所以量子垒的质量不受影响，为下一步生长高质量的量子阱奠定了良好的基础；纯氢量子垒生长完切换为纯氮气氛后等待一段时间再生长较薄的GaN量子垒以保证开始生长量子阱时不受残留氢气的影响，尤其是量子垒温度近乎同于量子阱生长温度，所以量子垒升温生长过程对量子阱造成的影响相对较小，所以相比于传统的生长方法，该发明方法更有利于生长高质量的量子阱有源区结构，进而提高发光效率；另外由于该发明方法生长的量子阱有源区较薄，相比于传统的外延生长方法，整体可节约30％的生长时间。 

附图说明

图1是传统的GaN基蓝绿光LED外延结构；

图2是传统的GaN基LED量子阱有源区的外延生长方法；

图3是本发明的GaN基LED量子阱有源区的外延生长方法，图中黑色部分表示量子垒的生长温度在此区间均可。

图中：

衬底—100、缓冲层—101、u-GaN—102、n型 GaN——103、有源区中的量子阱——104、有源区中的量子垒——105、整个有源区——106、p型GaN——107。

量子阱—200、氮气垒—201、三甲基铟—202、三乙基镓——203、氢气——204、氮气——205。

氢气垒—300、氮气垒—301、量子阱—302、三甲基铟—303、三乙基镓——304、氢气——305、氮气——306。

具体实施方式

一种新型GaN基LED量子阱有源区的外延生长方法，具体为：衬底上的缓冲层、u-GaN层、n-GaN、量子阱有源层、p GaN，如图1所示。