[发明专利]GaN基LED外延结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体发光领域，特别是涉及一种GaN基LED外延结构的制备方法。

背景技术

GaN基发光二极管(LED)应用范围越来越广，相比传统光源，发光二极管具有众多优势，如节能，长寿命，高光效，体积小等，正逐步成为一种重要的照明方式。

GaN基发光二极管的发光效率是目前衡量LED的一个重要的参数。但由于在蓝宝石、SiC或Si衬底上生长GaN基薄膜的过程中，晶格常数和热膨胀系数的不同会导致GaN薄膜存在大量的外延缺陷。1991年中村修二先生提出了外延生长之前，先生长一层缓冲层，这种方法极大程度上较少了线性缺陷，奠定了GaN基发光二极管发展的基础。

然而，虽然在外延生长前先生长一层缓冲层可以有效地降低减少线性缺陷，但并不能完全消除线性缺陷的存在，在现有的外延生长工艺过程中，形成的外延结构内仍有大量的线性缺陷的存在。

因此，有必要提供一种新型的GaN基LED外延结构的制备方法，以抑制外延结构中的线性缺陷。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种GaN基LED外延结构的制备方法，用于解决现有技术中制备的GaN基LED外延结构中存在较多线性缺陷的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种GaN基LED外延结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

提供生长衬底，在所述生长衬底上生长缓冲层；

采用非连续生长工艺在所述缓冲层上生长未掺杂的GaN层；

在所述未掺杂的GaN层上生长N型GaN层；

在所述N型GaN层上生长InGaN/GaN超晶格量子阱结构；

在所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构上生长InGaN/GaN多量子阱发光层结构；

在所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构上依次生长AlGaN层、低温P型层及P型电子阻挡层；

在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。

作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述生长衬底为蓝宝 石衬底、GaN衬底、硅衬底或碳化硅衬底。

作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述缓冲层为GaN、AlGaN或AlGaN与GaN形成的周期性结构；所述缓冲层的生长温度为450℃～650℃，生长厚度为15nm～50nm。

作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，采用非连续生长工艺在所述缓冲层上依次生长未掺杂的GaN层包括：

打开Ga源，在所述缓冲层上生长第一未掺杂GaN层；

关闭所述Ga源，中断生长一段时间；

再次打开Ga源，继续在所述第一未掺杂GaN层上生长第二未掺杂GaN层。

作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，关闭Ga源中断生长的时间为10s～5mins。

作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述第一未掺杂的GaN层及所述第二未掺杂的GaN层的生长温度均为1000℃～1200℃。

作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，关闭Ga源中断生长的过程中，生长环境内持续通入NH₃。

作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述N型GaN层的生长温度为1000℃～1200℃；所述N型GaN层及所述未掺杂的GaN层的总生长厚度为1.5μm～4.5μm；所述N型GaN层内的掺杂元素为Si，Si的掺杂浓度为1e19cm^-3～9e19cm^-3。

作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构的生长温度为700℃～900℃；所述InGaN/GaN超晶格量子阱结构的周期对数为3～30；InGaN势阱中In组分的摩尔含量为1％～5％；InGaN势阱的厚度为1nm～4nm，GaN势垒的厚度为1nm～9nm。

作为本发明的GaN基LED外延结构的制备方法的一种优选方案，所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构的生长温度为700℃～900℃；所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构的周期对数为5～18；InGaN势阱中In组分的摩尔含量为15％～20％；InGaN势阱的厚度为2nm～4nm，GaN势垒的厚度为3nm～15nm。