[发明专利]一种GaN基发光二极管InGaN/GaN量子阱结构及其制备方法

说明书

本发明公开了GaN基发光二极管InGaN/GaN量子阱结构及其制备方法，GaN基发光二极管InGaN/GaN量子阱结构，包括Si衬底；所述Si衬底上依序向上生长有AlN层、AlGaN层、GaN三维层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、AlGaN电子阻挡层和P型GaN层；GaN基发光二极管InGaN/GaN量子阱结构具有良好的电学性能；制备方法，包括：第一生长步骤：在Si衬底上依序向上生长AlN层、AlGaN层、GaN三维层和N型GaN层；第二生长步骤：生长InGaN/GaN多量子阱层；第三生长步骤：生长AlGaN电子阻挡层和P型GaN层，得到GaN基发光二极管InGaN/GaN量子阱结构。

技术领域

本发明涉及一种GaN基发光二极管InGaN/GaN量子阱结构及其制备方法，属于半导体技术领域。

背景技术

发光二极管(light-emitting diode，LED)因具有高效、节能环保、长寿命、体积小等优点，有望代替传统的白炽灯、荧光灯及气体放电灯成为新一代的照明光源，引起了产业及科研领域的广泛关注。自1962年第一只LED诞生至今，L ED的各方面性能都得到了极大的提升，应用领域也越来越广。

目前，LED要真正实现大规模广泛应用，需要进一步提高LED芯片的发光效率。然而商业化的LED发光效率仍然有待提高，这主要是因为采用蓝宝石衬底上外延生长造成的。一方面，由于蓝宝石与GaN的晶格失配高达13.3％，导致外延GaN薄膜过程中形成很高的位错密度，从而降低了材料的载流子迁移率，缩短了载流子寿命，最终影响了GaN基器件的性能。另一方面，由于室温下蓝宝石(热膨胀系数6.63×10^-6K^-1)与GaN(热膨胀系数5.6×10^-6K^-1)之间的热失配度高，当外延层生长结束后，器件从外延生长的高温冷却至室温过程会产生很大的压应力，容易导致薄膜和衬底的龟裂。此外，由于蓝宝石的热导率低，室温下是25W/m·K，很难将芯片内产生的热量及时排出，导致热量积累，使器件的内量子效率降低，最终影响器件的性能。

在此背景下，生产工艺成熟且可用较低成本获得大面积高质量的Si衬底可以有效降低LED的制造成本，同时也十分适合于制备大功率的LED器件。在Si衬底LED发展的前期，由于Si衬底存在与GaN较大的热失配和晶格失配等问题，无裂纹高质量的GaN薄膜的生长成为一个难题。随着技术的发展，通过采用AlN和AlGaN等插入层来综合控制GaN生长的形核过程与应力状态，该难题已经被克服。此外，众所周知，制备高质量InGaN/GaN多量子阱是高效GaN基LED外延片的基础，新型衬底上外延生长制备高质量InGaN/GaN多量子阱势必是研究的难点与热点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种GaN基发光二极管InGaN/GaN量子阱结构具有良好的电学性能。

本发明的第二个目的在于提供一种上述GaN基发光二极管InGaN/GaN量子阱结构的制备方法。

实现本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种GaN基发光二极管InGaN/GaN量子阱结构，包括Si衬底；所述Si衬底上依序向上生长有AlN层、AlGaN层、GaN三维层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、AlGaN电子阻挡层和P型GaN层；

所述InGaN/GaN多量子阱层包括InGaN势阱层和GaN势垒层；所述GaN势垒层包括至少一层Si掺杂GaN势垒层和至少一层不掺杂GaN势垒层；所述Si掺杂GaN势垒层和不掺杂GaN势垒层间隔叠合设置。

进一步地，所述AlN层的厚度为100-250nm。

进一步地，所述AlGaN层中Al的摩尔百分比为10-90％。

进一步地，所述AlGaN层的厚度为400-500nm。