[发明专利]一种具有新型的P型电子阻挡层结构的发光二极管及生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及Ⅲ族氮化物材料制备技术领域，具体为一种具有新型电子阻挡层结构的发光二极管及生长方法。

背景技术

发光二极管(LED，LightEmittingDiode)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。以氮化镓为代表的Ⅲ族氮化物是直接带隙的宽禁带半导体材料，具有电子飘移饱和速度高，热导率好、强化学键、耐高温以及抗腐蚀等优良性能。其三元合金铟镓氮(InGaN)带隙从0.7eV氮化铟(InN)到3.4eV氮化镓(GaN)连续可调，发光波长覆盖了可见光和近紫外光的整个区域。以InGaN/GaN多量子阱为有源层的发光二极管具有高效、环保、节能、寿命长等显著特点，被认为是最有潜力进入普通照明领域的一种新型固态冷光源。

半导体照明光源的质量和LED芯片的质量息息相关，进一步提高LED的光效、可靠性、寿命是LED材料和芯片技术发展的目标。由于P型GaN的空穴浓度以及空穴迁移率和N型GaN的电子相比差别很大，造成了LED载流子注入的不对称。一般须在量子阱靠近P型GaN一侧插入一电子阻挡层，以达到阻挡电子泄漏的效果。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种具有新型电子阻挡层结构的发光二极管及生长方法，即N型或者非故意掺杂GaN电子阻挡层通过形成一个在LED工作时反向偏置的PN结作为电子阻挡层以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种具有新型电子阻挡层结构的发光二极管及生长方法，其为LED外延结构，从下向上的顺序依次包括：衬底1、低温GaN缓冲层2、GaN非掺杂层3、N型GaN层4、多量子阱层5、N型或者非故意掺杂GaN电子阻挡层6、高温P型GaN层7、P型接触层8；

其LED外延结构的生长方法，包括以下具体步骤：

步骤一，将衬底1在1000-1200℃氢气气氛里进行高温清洁处理5-20min，然后进行氮化处理；

步骤二，将温度下降到500-650℃之间，生长厚度为20-30nm的低温GaN缓冲层2，生长压力控制在300-760Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为50-1000；

步骤三，所述低温GaN缓冲层2生长结束后，停止通入三甲基镓(TMGa)，衬底温度升高至900-1200℃之间，对所述低温GaN缓冲层2进行原位热退火处理，退火时间在5-30min，退火之后，将温度调节至1000-1200℃之间，外延生长厚度为0.5-2μm的GaN非掺杂层3，生长压力在100-500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为100-3000；

步骤四，所述GaN非掺杂层3生长结束后，生长一层掺杂浓度稳定的N型GaN层4，厚度为1.2-4.2μm，生长温度在1000-1200℃之间，压力在100-600Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为100-3000；

步骤五，所述N型GaN层4生长结束后，生长多量子阱层5，所述多量子阱层5包括3-15个依次交叠的量子阱结构，所述量子阱结构由InxGa1-xN(0<x<1)势阱层和GaN势垒层依次生长而成。所述InxGa1-xN势阱层的生长温度在720-820℃之间，压力在100-500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300-5000，厚度在2-5nm之间；所述GaN势垒层的生长温度在820-920℃之间，压力在100-500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300-5000，厚度在8-15nm之间；

步骤六，所述多量子阱层5生长结束后，生长厚度为20-70nm的N型或者非故意掺杂GaN电子阻挡层6低温P型GaN层，生长温度在700-1100℃之间，压力在100-600Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为100-3000；

步骤七，所述N型或者非故意掺杂GaN电子阻挡层6生长结束后，生长厚度为100-800nm的高温P型GaN层7，生长温度在850-950℃之间，生长时间为5-30min，压力在100-500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300-5000；

步骤八，所述高温P型GaN7层生长结束后，生长厚度在5-20nm之间的P型接触层8，生长温度在850-1050℃之间，生长时间为1-10min，压力在100-500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为1000-20000；

步骤九，外延生长结束后，将反应室的温度降至650-800℃之间，采用纯氮气气氛进行退火处理2-15min，然后降至室温，即得LED外延结构，随后，经过清洗、沉积、光刻和刻蚀加工工艺制成单颗小尺寸芯片。