[实用新型]一种InGaN/GaN量子阱界面中断生长外延结构

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种InGaN/GaN量子阱界面中断生长外延结构。

背景技术

相比于其它传统光源，高性能GaN基LED具有光电转换效率高、寿命长、损耗低、无污染等显著优势，目前已经普遍应用于通用照明、交通信号指示、显示屏和背光源等领域。随着大规模生产的不断进步，GaN基LED在提高发光效率和降低成本方面取得了飞速发展，尤其在照明领域，GaN基LED的渗透率稳步提高。对GaN基LED的外延生产来讲，提高InGaN/GaN量子阱界面陡峭性和量子阱中In组分均匀性是提高LED发光效率和波长均匀性的关键，对提高生产良率以及降低生产成本具有非常重要意义。

研究表明，在InGaN量子阱中In组分并不是恒定不变的，而是随着量子阱厚度的变化而变化。由于In原子的引入导致InGaN/GaN界面处应变能增加，这种应变能会排斥In原子的引入，这种现象被称为pulling effect。在InGaN量子阱生长初期，In原子引入效率较低，随着InGaN厚度增加，In原子引入效率逐渐增加，直至达到饱和。在量子阱生长初期In组分明显低导致In组分在InGaN量子阱中分布不均匀，使得LED波长均匀性差，InGaN/GaN界面不陡峭，LED发光效率低。由于InGaN量子阱的厚度只有约3nm，因此如何提高InGaN量子生长初期In组分是关键。为改善LED波长均匀性，中国发明专利(CN 101872719 A)提出一种改善InGaN量子阱中In组分均匀性的外延生长方法，在InGaN量子阱生长初期，通过直接增加In在反应室中气相分压，以期达到增加量子阱生长初期In组分的目的。由于In组分由温度、In气相分压、扩散时间决定，在温度不变的情况下，In组分由In气相分压和扩散时间共同决定。因此，该方法只考虑了In气相分压，没有考虑扩散时间对In组分均匀性的影响。

发明内容

本发明针对现有InGaN量子阱In组分不均匀问题，提供一种InGaN/GaN量子阱界面中断生长外延结构，目的是改善InGaN量子阱中In组分均匀性和InGaN/GaN界面陡峭性。所述外延结构依次包括蓝宝石衬底、低温GaN成核层、非故意掺杂高温GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、p型AlGaN层和p型GaN层，所述外延结构的特征在于，所述多量子阱层中InGaN层依次包括InN层和InGaN层，所述InN层是在InGaN量子阱初期周期性地通入/停止TMIn进入反应室生长而成。所述外延结构有效提高InGaN量子阱初期In组分，使得InGaN量子阱中In组分更加均匀，界面更加陡峭，从而提高LED波长均匀性和发光效率。

附图说明

图1是本发明所述InN层生长示意图。

具体实施方式

结合图1，本发明提供一种InGaN/GaN量子阱界面中断生长外延结构，所述外延结构依次包括蓝宝石衬底、低温GaN成核层、非故意掺杂高温GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、p型AlGaN层和p型GaN层，所述外延结构的具体实施步骤如下：

(1)在蓝宝石衬底上550℃生长低温GaN成核层，1050～1100℃生长非故意掺杂高温GaN层和n型GaN层。

(2)在所述n型GaN层上生长InGaN/GaN多量子阱层，步骤如下：①调整反应室气氛为完全N₂气氛，生长压力为200～600mbar，N₂流量为42slm，根据目标波长调整反应室温度至745℃，NH₃流量为30slm。保持NH3流量不变。在InGaN量子阱生长初期的30s内，保持TMIn的流量为正常生长量子阱的流量1200sccm，周期性地通入/停止TMIn进入反应室。通入TMIn进入反应室时间T1为2s，停止通入TMIn进入反应室时间T2为3s，此时TMIn进入Vent管路，不进入反应室，如此循环6个周期。②完成上述周期性生长后，开始通入正常流量的TMIn和TEGa同时进入反应室生长InGaN，直至InGaN量子阱生长完成。③将反应室温度升高至垒温生长GaN，阱垒厚度和为5-20nm。④反复进行步骤①、②和③，周期数为12，完成InGaN/GaN多量子阱的生长。

(3)在步骤(2)所述多量子阱层上依次生长p型AlGaN层和p型GaN层，完成整个LED的生长。

以上实例仅用于说明而非限制本发明技术方案。任何不脱离本发明范围的技术方案，均应涵盖在本发明专利保护范围之中。