[发明专利]一种基于原位热处理法的LED外延结构及其生长方法

说明书

本申请提供了一种基于原位热处理法的LED外延结构及其生长方法，在所述应力释放层上生长多量子阱有源层，所述多量子阱有源层包括周期交替生长的GaN量子垒层和InGaN量子阱层，且所述InGaN量子阱层由若干层InGaN量子阱层子层组成；通过多次的原位热处理，使得InGaN外延材料中大部分的C、O等杂质在热处理过程中被分解去除，且因为此原位热处理时中断外延生长，相当于在对已外延的InGaN材料表面进行原位热退火，这促进了此原本晶格质量差的InGaN晶格得以充分的重组和尽可能地释放此材料的内建应力，整体提高了InGaN量子阱层的晶格质量，提升了高In组分的GaN基LED的发光效率。

技术领域

本发明涉及发光二极管外延技术领域，尤其涉及一种基于原位热处理法的LED外延结构及其生长方法。

背景技术

发光二极管(LED)具有体积小，寿命长，功耗低，亮度高，易集成化等诸多优点，基于氮化镓(GaN)基材料，使用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备进行外延GaN基LED技术已经得到广泛的应用。GaN基LED其结构的关键发光结构通过改变掺入Al和In的组分可以使GaN基LED实现从紫外(UV)波段到绿光波段的LED的量产化。其中，通过增加GaN中In元素的组分可以进一步使GaN基LED实现不同波长的发射。

但由于In原子的蒸汽压比Ga原子高，使用MOCVD设备基于Si衬底或蓝宝石衬底外延GaN基材料时，提高In的组分需要降低其外延温度，而降低外延温度会降低InGaN材料的晶格质量，再加上InGaN的晶格常数要比GaN的晶格常数大，外延过程中内建应力随In组分越高而越大，从而造成在外延高In组分的GaN基LED至发光层的InGaN材料品质恶化严重，表现为表面不平整、凹坑密集，并且In元素掺入不均匀，C、O等杂质过高等异常；最终导致高In组分的GaN基LED的发光强度极弱甚至不发光。

发明内容

为克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于原位热处理法的LED外延结构及其生长方法，以确保InGaN外延材料中大部分的C、O等杂质在热处理过程中被分解去除，促进原本晶格质量差的InGaN晶格得以充分的重组和尽可能地释放此材料的内建应力，从而整体提高了此核心发光材料层InGaN的晶格质量，解决了高In组分的GaN基LED的发光效率低的问题。

一方面，本申请提供了一种基于原位热处理法的LED外延结构的生长方法，包括：

在衬底上依次生长缓冲层和N型电子注入层；

在所述N型电子注入层上生长应力释放层；

在所述应力释放层上生长多量子阱有源层，所述多量子阱有源层包括周期交替生长的GaN量子垒层和InGaN量子阱层，且所述InGaN量子阱层由若干层InGaN量子阱层子层组成；

在所述多量子阱有源层上依次生长电子阻挡层、P型空穴注入层以及欧姆接触层。

在所述应力释放层上生长多量子阱有源层包括：

在所述应力释放层上生长GaN量子垒层；

在GaN量子垒层上生长InGaN量子阱层，所述InGaN量子阱层由若干层经过原位热处理的InGaN量子阱层子层组成，所述InGaN量子阱层子层的层数至少为2层；

判断所述InGaN量子阱层是否达到预设层数；

若未达到预设层数，在最顶端的所述InGaN量子阱层上重复周期交替生长GaN量子垒层和InGaN量子阱层，直到达到预设层数。

若达到预设层数，在最顶层的所述InGaN量子阱层上生长GaN量子垒层，得到多量子阱有源层。

所述在GaN量子垒层上生长InGaN量子阱层，具体包括以下步骤：

在所述GaN量子垒层上生长InGaN量子阱层子层，得到第一层InGaN量子阱层子层；