[发明专利]一种GaN基LED发光效率的量子阱垒层生长方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及GaN系材料制备技术领域，更具体地说，涉及一种GaN基LED发光效率的量子阱垒层生长方法。

 

背景技术

GaN（氮化镓）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（氮化铟镓）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；另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。

目前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。

 

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种提高GaN基LED发光效率的量子阱垒层生长方法，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。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种提高GaN基LED发光效率的量子阱垒层生长方法，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；其中低温多量子阱垒层采用高生长速率生长且垒阱温差保持在130℃左右，量子阱全部采用高压大于200Torr进行生长，具体生长方法为：第一量子阱垒层通入TMGa源代替TEGa源；第二量子阱垒层用TMGa代替TEGa后，为提高生长速率将TMGa源通入量加倍；第三垒层通入TMGa源加倍后，为维持整个量子阱层周期厚度不变，相应将垒层生长时间减半。

本发明所提供的LED发光二极管外延结构的生长方法，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，量子阱垒层生长速率提高后使发光二级管有源区的极化效应降低，使得电子和空穴能够尽多的在量子阱中通关带边辐射复合发光，达到提高发光二极管的发光效率的作用。

 

附图说明

图1是本发明所提供的LED外延结构示意图；

图2是图1中量子阱阱垒标识图。

 

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明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，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示的LED外延结构，包括：衬底层1、低温GaN缓冲层2、未掺杂的高温GaN缓冲层3、Si掺杂n型GaN层4、浅量子阱5、发光层多量子阱6、低温p 型GaN层7、p 型AlGaN电子阻挡层8、高温p 型GaN层9、p 型GaN接触层10。

本发明所提供的改善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1在氢气气氛里进行退火1～10分钟，清洁所述衬底表面，温度控制在1050～1080℃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℃～650℃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400～760 Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在500～3200之间。

所述低温GaN缓冲层2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℃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℃之间，生长厚度为0.8um～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100Torr～600 Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300～3300之间。