[发明专利]发光二极管的外延生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种发光二极管的外延生长方法。

背景技术

以氮化镓GaN为代表的宽禁带材料，是继硅Si和砷化镓GaAs之后的第三代半导体材料，用来制作发光二极管、激光器、探测器、高频高功率晶体管等电子器件。

GaN作为新一代光源制备材料，在发光领域具有特殊而不可取代的地位。GaN体系材料能够制备从紫外到紫光、蓝光、绿光等可见光发光区域，并且铟镓氮InGaN的引入使得GaN体系材料在绿光段表现突出，填补了绿光的带隙空白，促使GaN基LED得到广泛的应用，在照明领域一路坚挺，并有望近年取代荧光灯成为传统照明光源。

两步法生长低温缓冲层技术是通入源反应物低温生长一薄层之后，进行高温退火，使得低温缓冲层变成低密度的晶核。两步法生长低温缓冲层技术能够有效降低成核密度，其成核密度可以达到2.0×10⁸cm^-2。当成核岛合并时，位错会从合并的界面产生，并延伸至整个体材料。

对于量子阱发光层采用传统的InGaN/GaN量子阱结构的LED来说，缓冲层的位错在InGaN/GaN量子阱区得到放大，损害有缘区的发光性能。除此之外，由于量子阱势垒高度较低的问题，导致电子从N型区注入量子阱后容易产生载流子溢出现象。载流子溢出的后果是电子和空穴在有缘区之外复合，为非辐射复合，极大地影响了量子阱内的辐射复合效率，引起LED的效率下降问题，而效率下降问题在大电流密度下尤为明显。由于照明用LED大部分是在大电流密度下使用，因而效率下降问题极大地限制了LED在照明领域的延伸和发展。

发明内容

本发明提供一种发光二极管的外延生长方法，目的在于克服上述已有方法的缺陷，解决传统量子阱结构中存在的位错密度大、在大电流密度下容易产生载流子溢出，非辐射复合数量多以及LED效率下降的问题。

本发明通过以下方式实现：

本发明提供了一种发光二极管的外延生长方法，包括：

在衬底上，依次生长缓冲层、非掺杂层、N型掺杂层、量子阱发光层和P型掺杂层，所述量子阱发光层包括铟镓氮InGaN量子阱层和铝镓氮AlGaN量子垒层，所述量子阱发光层采用周期生长方式进行生长。

如上所述的方法中，所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、玻璃、铜、镍或铬；

所述缓冲层包括以下材料中的一种或多种：氮化镓GaN、氮化铟InN和氮化铝AlN。

如上所述的方法中，所述铝镓氮AlGaN量子垒层为GaN/AlxGayN/GaN层状结构，所述GaN/AlxGayN/GaN层状结构包括：第一GaN量子垒层、AlxGayN量子垒层和第二GaN量子垒层；

其中，x位于0～1之间，y位于0～1之间。

如上所述的方法中，所述量子阱发光层采用第一周期生长方式进行生长，包括：

生长所述铟镓氮InGaN量子阱层；

生长所述第一GaN量子垒层；

生长所述AlxGayN量子垒层；

生长所述第二GaN量子垒层。

如上所述的方法中，所述量子阱发光层采用X次所述第一周期生长方式进行生长；

其中，X位于2～20之间。

如上所述的方法中，所述铝镓氮AlGaN量子垒层为GaN/AlmGanN超晶格结构，所述GaN/AlmGanN超晶格结构包括：第三GaN量子垒层和AlmGanN层；

其中，m位于0～1之间，n位于0～1之间。

如上所述的方法中，所述量子阱发光层采用第二周期生长方式进行生长，包括：

生长所述铟镓氮InGaN量子阱层；

采用第三周期方式生长所述AlGaN量子垒层，包括：

生长所述第三GaN量子垒层；

生长所述AlmGanN量子垒层。

如上所述的方法中，所述AlGaN量子垒层采用Y次所述第三周期生长方式进行生长；

其中，Y位于2～20之间。

如上所述的方法中，所述量子阱发光层采用Z次所述第二周期生长方式进行生长；

其中，Z位于2～20之间。

如上所述的方法中，所述AlGaN量子垒层的能带图呈锯齿形分布。

本发明具有以下突出优点：