法在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)，采用高純H2或高純N2或高純HjP N 2的混合氣體作為載氣，高純見13作為N源，金屬有機(jī)源三甲基鎵或三乙基鎵作為鎵源，三甲基銦作為銦源，N型摻雜劑用硅烷，三甲基鋁作為鋁源，P型摻雜劑為二茂鎂，反應(yīng)室壓力在1 Omab ar-9 O Omb ar之間，具體包括以下步驟:
[0045](I)將藍(lán)寶石襯底I放入金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積爐(MOCVD)設(shè)備的反應(yīng)室中，在氫氣氣氛下加熱到1000-1350°C，壓力200mbar，氫氣處理5_10分鐘；
[0046](2)反應(yīng)室升壓至600mbar，生長(zhǎng)溫度為650 °C，通入氨氣，氮化處理藍(lán)寶石襯底1，時(shí)間2-3分鐘，然后在藍(lán)寶石襯底I上通入三家基鎵生長(zhǎng)GaN緩沖層2，厚度20_40nm ;
[0047](3)在GaN緩沖層2上生長(zhǎng)非摻雜GaN層3，生長(zhǎng)溫度為1100 °C，生長(zhǎng)壓力600mbar，生長(zhǎng)厚度為2-3 μ m，生長(zhǎng)速率2-2.5 μ m/h。
[0048](4)在非摻雜GaN層3上生長(zhǎng)η型AlGaN層4，硅摻雜濃度為5E18_lE19atom/cm3，Al摻雜濃度5E19-lE20atom/cm3，厚度為30_60nm，生長(zhǎng)溫度約為1000°C，壓力133mbar。
[0049](5)在η型AlGaN層4上生長(zhǎng)η型GaN層5，硅摻雜濃度為8Ε19-1.3E19atom/cm3，厚度為2-3 μ m，生長(zhǎng)溫度約為1080°C，生長(zhǎng)壓力600mbar。
[0050](6)在η型GaN層5上生長(zhǎng)多量子阱發(fā)光層6，生長(zhǎng)壓力200-400mbar，步驟如下:
[0051](A)通入三乙基鎵和三甲基銦(兩者按1:2摩爾量比例混合)的混合物或通入三甲基鎵和三甲基銦(兩者按1:2摩爾量比例混合)的混合物，生長(zhǎng)InxGa1 xN勢(shì)阱層11，其中O < X < 1，In摻雜濃度為2E20-4E20atom/cm3，生長(zhǎng)溫度為730-760 °C，生長(zhǎng)厚度2_4nm ；
[0052](B)停止生長(zhǎng)InxGalxN勢(shì)阱層11后，溫度升高至880-920 °C，生長(zhǎng)InaAlbGalabN勢(shì)皇層 12，其中 O < a < 0.3，0 < b < 0.7，生長(zhǎng)厚度 10_20nm，In 濃度 lE18_5E18atom/cm3，Al 慘雜濃度 5E19-lE20atom/cm3，娃慘雜濃度為 lE17_lE18atom/cm3;
[0053](C)保持溫度不變，生長(zhǎng)GaN勢(shì)皇層13，生長(zhǎng)厚度10_20nm，硅摻雜濃度為lE17_lE18atom/ cm3；
[0054](D)保持溫度不變，生長(zhǎng)InaAlbGa1 a bN勢(shì)皇層14，其中O < a < 0.3，O < b
<0.7，生長(zhǎng)厚度 10-20nm，生長(zhǎng)厚度 10_20nm，In 濃度 lE18_5E18atom/cm3，Al 摻雜濃度5E19-lE20atom/cm3，娃慘雜濃度為 lE17_lE18atom/cm3；
[0055]步驟(A)、⑶、(C)和⑶可以直接循環(huán)生長(zhǎng)5-20個(gè)周期，也可以是步驟⑶、(C)和(D)做內(nèi)部循環(huán)生長(zhǎng)3-5個(gè)周期，然后再與步驟(A) —起循環(huán)生長(zhǎng)。
[0056](7)在多量子阱發(fā)光層6上生長(zhǎng)P型AlGaN層7，生長(zhǎng)溫度為830°C，生長(zhǎng)厚度50-100nm, Mg 慘雜濃度 5E19atom/cm3，Al 慘雜濃度 8E19atom/cm3，生長(zhǎng)壓力為 200mbar。
[0057](8)在P型AlGaN層7上生長(zhǎng)P型GaN層8，生長(zhǎng)溫度為1000 °C，生長(zhǎng)厚度150_300nm，Mg 慘雜濃度 lE20atom/cm3，生長(zhǎng)壓力為 200mbar。
[0058](9)在P型GaN層8上生長(zhǎng)P型PInGaN接觸層9，反應(yīng)室溫度為750°C，壓力300-400mbar,生長(zhǎng)厚度為2_10nm，Mg慘雜濃度為2E20atom/cm3，In慘雜濃度為lE20atom/
3
cm ο
[0059]圖2給出了本發(fā)明中組合勢(shì)皇多量子阱結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)，由于其特殊能帶組合勢(shì)皇，能夠顯著阻擋和擴(kuò)散N型電子的注入，增強(qiáng)量子阱束縛電子的能力，提高空穴和電子注入在有源區(qū)效率和輻射復(fù)合效率，調(diào)整極化電荷消除內(nèi)建的極化電場(chǎng)，有效降低阱皇界面間的應(yīng)力，緩解能帶的彎曲，從本質(zhì)上提高晶體質(zhì)量和內(nèi)量子效率，提高器件性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有組合勢(shì)皇多量子阱的LED外延結(jié)構(gòu)，自下而上依次設(shè)置有襯底層、GaN緩沖層、非摻雜GaN層、η型AlGaN層、η型GaN層、有源層、P型AlGaN層、P型GaN層和P型InGaN歐姆接觸層，其特征是，有源層為組合勢(shì)皇多量子阱結(jié)構(gòu)，該組合勢(shì)皇多量子阱結(jié)構(gòu)是由InGaN勢(shì)阱層、InAlGaN勢(shì)皇層、GaN勢(shì)皇層和InAlGaN勢(shì)皇層周期性疊加構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有組合勢(shì)皇多量子阱的LED外延結(jié)構(gòu)，其特征是，所述GaN緩沖層的厚度為20-40nm ;所述非摻雜GaN層的厚度為2_3 μ m ;所述η型AlGaN層的厚度30-60nm ;所述η型GaN層的厚度2-3 μ m ;所述P型AlGaN層的厚度為50_100nm ;所述P型層的厚度為150-300nm ;所述P型InGaN歐姆接觸層的厚度為2_10nmo3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有組合勢(shì)皇多量子阱的LED外延結(jié)構(gòu)，其特征是，所述組合勢(shì)皇多量子阱結(jié)構(gòu)中InGaN勢(shì)阱層的厚度為2_4nm，InAlGaN勢(shì)皇層厚度為10_20nm，GaN勢(shì)皇層厚度為10_20nm，InAlGaN勢(shì)皇層厚度為10_20nmo4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有組合勢(shì)皇多量子阱的LED外延結(jié)構(gòu)，其特征是，所述組合勢(shì)皇多量子阱結(jié)構(gòu)中勢(shì)阱層和勢(shì)皇層的疊加周期為5-20個(gè)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有組合勢(shì)皇多量子阱的LED外延結(jié)構(gòu)，其特征是，所述組合勢(shì)皇多量子阱結(jié)構(gòu)中的三個(gè)勢(shì)皇層為單循環(huán)或多循環(huán)，多循環(huán)周期為3-5個(gè)。6.一種權(quán)利要求1所述具有組合勢(shì)皇多量子阱的LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是，包括以下步驟: (1)將藍(lán)寶石襯底放入金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備的反應(yīng)室中，在氫氣氣氛下加熱到1000-1350°C，壓力200mbar，處理5-10分鐘；升壓至600mbar，溫度為650°C，通入氨氣，氮化處理2-3分鐘； (2)在氮化處理的藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN緩沖層； (3)在GaN緩沖層上生長(zhǎng)非摻雜GaN層； (4)在非摻雜GaN層上生長(zhǎng)η型AlGaN層； (5)在η型AlGaN層上生長(zhǎng)η型GaN層； (6)在η型GaN層上生長(zhǎng)組合勢(shì)皇多量子阱結(jié)構(gòu)(InGaN勢(shì)阱層、InAlGaN勢(shì)皇層、GaN勢(shì)皇層和InAlGaN勢(shì)皇層)，具體過(guò)程如下所述: (A)在氣氛為氮?dú)獾姆磻?yīng)室內(nèi)，在生長(zhǎng)溫度為730-760°C、壓力為200-400mbar的環(huán)境下，通入三乙基鎵和三甲基銦按1:2摩爾比的混合物或通入三甲基鎵和三甲基銦按1:2摩爾比的混合物，持續(xù)生長(zhǎng)厚度為2-4nm的InxGa1 xN勢(shì)阱層，其中O < x < 1，In摻雜濃度為2E20-4E20atom/ cm3； (B)停止生長(zhǎng)InxGa1XN勢(shì)阱層后，溫度升高至880-920°C，生長(zhǎng)InaAlbGa1 a bN層，其中O< a < 0.3，0 < b < 0.7，生長(zhǎng)厚度 10_20nm，Al 摻雜濃度 5E19_lE20atom/cm3，In 摻雜濃度2E19-4E19atom/cm3，硅摻雜濃度為lE17-lE18atom/cm3;連續(xù)生長(zhǎng)GaN勢(shì)皇層，生長(zhǎng)厚度10-20nm，硅摻雜濃度為lE17-lE18atom/cm3;再連續(xù)生長(zhǎng)In JlbGa1 a bN層，其中O < a< 0.3，0 < b < 0.7，生長(zhǎng)厚度 10-20nm，Al 摻雜濃度 5E19-lE20atom/cm3，In 摻雜濃度2E19-4E19atom/cm3，娃慘雜濃度為 lE17_lE18atom/cm3； 上述步驟(A)和步驟(B)的循環(huán)周期數(shù)為5-20，步驟(B)單循環(huán)或周期3-5的多循環(huán)； (7)在組合勢(shì)皇多量子阱層上依次生長(zhǎng)P型AlGaN層、P型GaN層和P型InGaN歐姆接觸層。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述具有組合勢(shì)皇多量子阱的LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是，所述步驟(3)中非摻雜GaN層的生長(zhǎng)溫度為1100 °C，生長(zhǎng)壓力600mbar，生長(zhǎng)厚度為2-3 μ m，生長(zhǎng)速率 2-2.5 μ m/ho8.根據(jù)權(quán)利要求6所述具有組合勢(shì)皇多量子阱的LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是，所述步驟(4)中η型AlGaN層的硅摻雜濃度為5E18-lE19atom/cm3，Al摻雜濃度5E19-lE20atom/cm3，厚度為 30_60nm，生長(zhǎng)溫度為 1000°C，壓力 133mbar。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述具有組合勢(shì)皇多量子阱的LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是，所述步驟(5)中η型GaN層的硅摻雜濃度為8Ε19-1.3E19atom/cm3，厚度為2-3 μ m，生長(zhǎng)溫度約為1080°C，生長(zhǎng)壓力600mbar。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述具有組合勢(shì)皇多量子阱的LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是，所述步驟(7)中P型AlGaN層的生長(zhǎng)溫度為830°C，生長(zhǎng)厚度50-100nm，Mg摻雜濃度5E19atom/cm3，Al摻雜濃度8E19atom/cm3，生長(zhǎng)壓力為200mbar ；P型GaN層的生長(zhǎng)溫度為1000°C，生長(zhǎng)厚度150-300nm，Mg摻雜濃度lE20atom/cm3，生長(zhǎng)壓力為200mbar ；P型PInGaN接觸層的生長(zhǎng)溫度為750°C，壓力300-400mbar，生長(zhǎng)厚度為2_10nm，Mg摻雜濃度為2E20atom/cm3, In 慘雜濃度為 lE20atom/cm3。
【專利摘要】一種具有組合勢(shì)壘多量子阱的LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，該LED外延結(jié)構(gòu)的有源層為組合勢(shì)壘多量子阱結(jié)構(gòu)，由InGaN勢(shì)阱層、InAlGaN勢(shì)壘層、GaN勢(shì)壘層和InAlGaN勢(shì)壘層周期性疊加構(gòu)成。其制備方法包括以下步驟：(1)氮化處理藍(lán)寶石襯底；(2)在藍(lán)寶石襯底上依次生長(zhǎng)GaN緩沖層、非摻雜GaN層、n型AlGaN層和n型GaN層；(3)在n型GaN層上生長(zhǎng)組合勢(shì)壘多量子阱結(jié)構(gòu)：(A)生長(zhǎng)InxGa1-xN勢(shì)阱層；(B)生長(zhǎng)InaAlbGa1-a-bN層、GaN勢(shì)壘層和InaAlbGa1-a-bN層；步驟(A)和步驟(B)的循環(huán)周期數(shù)為5-20，步驟(B)單循環(huán)或多循環(huán)；(4)在組合勢(shì)壘多量子阱層上依次生長(zhǎng)P型層。本發(fā)明從本質(zhì)上提高晶體質(zhì)量和內(nèi)量子效率，提高器件性能，提高出光效率10％左右。
【IPC分類】H01L33/06, H01L33/00, H01L33/32, C23C16/44, H01L21/205
【公開號(hào)】CN105161586
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510628808
【發(fā)明人】張義, 曲爽, 逯瑤, 王成新, 徐現(xiàn)剛
【申請(qǐng)人】山東浪潮華光光電子股份有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月29日