[发明专利]高发光效率InGaN基多量子阱外延片及其制备方法

说明书

一种高发光效率InGaN基多量子阱外延片，包括：一蓝宝石衬底；一低温成核层，其制作在蓝宝石衬底上；一高温非掺杂GaN层，其制作在低温成核层上；一高温n型GaN层，其制作在高温非掺杂GaN层上；一表面修复层，其制作在高温n型GaN层上；一多量子阱发光层结构，其制作在表面修复层上；一p型GaN层，其制作在多量子阱发光层结构上。本发明是通过插入一层GaN表面修复层，并优化表面修复层的生长参数，修复降温过程中由于GaN分解引起的表面损伤，使量子阱生长在光滑的GaN表面上，提高量子阱的界面质量，减少多量子阱区的缺陷密度。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别是一种高发光效率InGaN基多量子阱外延片及其制备方法。

背景技术

GaN基材料也称为III族氮化物材料(包括InN、GaN、AlN、InGaN、AlGaN等，其禁带宽度范围为0.7-6.2eV)，其光谱覆盖了近红外到深紫外波段，被认为是继Si、GaAs之后的第三代半导体，在光电子学领域有重要的应用价值，尤其以InGaN低维结构为有源区的GaN基半导体激光器可以实现紫光、蓝光和绿光激光发射，具有独特的优势。InGaN/GaN多量子阱作为发光层，是发光器件的核心结构。为了提高GaN基半导体激光器及发光二极管的发光效率，制备高质量的InGaN/GaN多量子阱是极其重要的。一般情况下，为了制备发光器件，InGaN/GaN多量子阱是生长在n型GaN层上，所以底层GaN的表面粗糙度会严重影响到InGaN量子阱的界面，尤其是阱垒同温生长的多量子阱层，其垒层生长温度较低，不能实现表面修复的功能。所以生长在多量子阱层下面的GaN层，表面粗糙度要尽可能低。通常情况下，n型GaN采用1000℃以上的高温生长，表面平滑。然而这个温度远高于InGaN/GaN多量子阱区的生长温度，所以在生长量子阱之前，样品需经历从1000℃降温的过程，而此过程一般是中断生长的，这势必会导致n型GaN层分解，使表面粗糙度增加，同时可能形成较多的缺陷。而根据材料生长经验，无论是InGaN/GaN多量子阱的界面差还是量子阱区附近的缺陷多都会使发光效率显著下降。

发明内容

本发明主要目的是提供一种高发光效率的InGaN基多量子阱外延片及其制备方法，其是通过插入一层GaN表面修复层，并优化表面修复层的生长参数，修复降温过程中由于GaN分解引起的表面损伤，使量子阱生长在光滑的GaN表面上，提高量子阱的界面质量，减少多量子阱区的缺陷密度。

本发明提出一种高发光效率InGaN基多量子阱外延片，包括：

一蓝宝石衬底；

一低温成核层，其制作在蓝宝石衬底上；

一高温非掺杂GaN层，其制作在低温成核层上；

一高温n型GaN层，其制作在高温非掺杂GaN层上；

一表面修复层，其制作在高温n型GaN层上；

一多量子阱发光层结构，其制作在表面修复层上；

一p型GaN层，其制作在多量子阱发光层结构上。

本发明还提出一种高发光效率InGaN基多量子阱外延片的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁所述蓝宝石衬底的表面；

步骤2：将温度下降到500-620℃，在蓝宝石衬底上生长低温成核层，为后续生长材料提供成核中心；

步骤3：在低温成核层上外延生长高温非掺杂GaN层，为后续材料生长的模板；

步骤4：在高温非故意掺杂的GaN层上生长高温n型GaN层；

步骤5：降低温度至800-950℃，在高温n型GaN层上外延生长表面修复层，修复高温n型GaN层在降温过程中产生的表面损伤；