[发明专利]量子阱发光层结构、生长方法及外延片

说明书

本发明公开了一种量子阱发光层结构的生长方法，包括：S1、在具有n型外延层的基底上生长InGaN量子阱层；S2、在InGaN量子阱层上生长GaN量子垒层；S3、交替重复S1和S2，形成周期性交替生长的InGaN量子阱层和GaN量子垒层；S4、在最后一层InGaN量子阱层上分N个连续的时间段生长GaN量子垒层；后一时间段中GaN量子垒层的生长温度小于等于相邻前一时间段中GaN量子垒层的生长温度；在每个GaN量子垒层生长时掺In的时间段中，In源流量随时间线性降低。本发明通过将最后一个GaN量子垒层分段生长且掺In组分渐变，促进了p型层空穴注入到量子阱发光层，降低了最后一个量子阱层中的激化效应，改善电子和空穴交叠，提高量子阱的发光效率，改善大电流下的droop效应。

技术领域

本发明涉及量子阱发光层技术领域，特别涉及一种量子阱发光层结构、其生长方法及外延片。

背景技术

量子限制效应使量子阱中形成分立能级。在双势垒量子阱结构中，只有当发射极电子的能量与量子阱中能级相等且横向动量守恒时，共振隧穿才能发生。而进一步加大电场，使量子阱分立能级低于发射极带边，隧穿电流急剧减小，出现负微分电阻现象，这就是共振隧道二极管(RTD)的基本原理。

量子阱中的激子也作准二维运动。由于量子限制效应，量子阱中的二维激子，其结合能接近半导体材料激子束缚能的4倍，使得在室温下就可能观察到由激子效应引起的强吸收峰或强荧光峰。这一特性加上量子阱中态密度的二维特性以及能带工程各种调控手段，可使量子阱激光器的阈值电流减小、发射波长可调、微分增益提高、特征温度等性能得到改善。半导体量子阱在其他光电器件中也得到了广泛的应用。

以GaN为代表的II1-V族化合物半导体因其优越的高频、高速、大功率、耐高温、防辐射以及光电特性等特性，广泛应用于无线通信、光通信、激光器、电力电子以及军事电子领域。

GaN基发光器件常采用InGaN/GaN量子阱作发光层，高Al组分p型AlGaN电子阻挡层阻挡电子的溢出，但随着Al组分的上升，Mg的离化能迅速升高和晶体质量会显著下降，导致空穴离化效率和浓度急剧下降，进而引起空穴注入效率降低，降低发光效率，在大电流注入的条件下，进一步加剧效率骤降效应、老化和光衰等问题，因此，需要进一步提升空穴注入到量子阱发光层的能力。目前，急需一种新的量子阱发光层结构来解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可极大促进p型层空穴注入到量子阱发光层、降低最后一个发光阱层中的激化效应、改善电子和空穴交叠、提高量子阱的发光效率、改善大电流下的droop效应的量子阱发光层结构的生长方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种量子阱发光层结构的生长方法，所述量子阱发光层结构的生长方法包括以下步骤：

S1、在具有n型外延层的基底上生长InGaN量子阱层；

S2、在InGaN量子阱层上生长GaN量子垒层；

S3、交替重复S1和S2，形成周期性交替生长的InGaN量子阱层和GaN量子垒层；

S4、在周期性交替生长的InGaN量子阱层和GaN量子垒层上生长最后一层InGaN量子阱层；

S5、在最后一层InGaN量子阱层上分N个连续的时间段生长GaN量子垒层；其中，后一时间段中GaN量子垒层的生长温度小于等于相邻前一时间段中GaN量子垒层的生长温度；前n个时间段中GaN量子垒层生长时掺In，在每个GaN量子垒层生长时掺In的时间段中，In源流量随时间线性降低；其中，N≥2，N≥n≥1。

作为本发明的进一步改进，在步骤S5中，在GaN量子垒层生长时掺In的不同时间段中，In源流量降低的速率逐渐降低。

作为本发明的进一步改进，在每个GaN量子垒层生长时掺In的时间段中，GaN量子垒层生长时In源的末端流量为相邻后一时间段中GaN量子垒层生长时In源的初始流量。