GaN基发光二极管外延片制备方法及制备的外延片的制作方法_2

文档序号:8489024阅读:来源:国知局
In的分解,进而减少In并入GaN中,使得应力调控InGaN子层表面的In减少,进而能缓解应力调控InGaN子层表面In聚集的情况;如果应力调控InGaN子层中In的并入量不足,可以降低反应腔内的温度,以增加In的并入。
[0042]步骤S13,在应力调控层上依次生长多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型欧姆接触层,该多量子阱层的In掺杂量高于该应力调控层的In掺杂量。
[0043]在本实施例中,在多量子阱层前加一层In掺杂量低于多量子阱层的应力调控层,且该应力调控层包括多个应力调控InGaN子层和应力调控GaN子层,可以有效释放由衬底和外延层之间的晶格失配和热膨胀系数差异而产生的应力,并且该应力调控层还可以充当载流子蓄水池,减缓载流子迀移至多量子阱层的速度,提高多量子阱层的发光效率。在实际应用中,多量子阱层的In掺杂量与应力调控层的In掺杂量的比例值的范围可以为2?4,这样可以使得应力调控层释放应力的效果更好。
[0044]本发明实施例通过在η型GaN层上生长一层应力调控层,该应力调控层为多周期结构,生长每个周期结构包括:以第一生长温度生长一层应力调控InGaN子层;在应力调控InGaN子层生长结束后,在第二生长温度下向反应腔内通入氢气,对应力调控InGaN子层的表面进行刻蚀处理,第二生长温度与第一生长温度不同;在刻蚀处理结束后,以第一生长温度在应力调控InGaN子层上生长一层应力调控GaN子层。其中,通过对应力调控InGaN子层进行通入氢气的刻蚀处理,能够刻蚀掉应力调控InGaN子层表面多余的In组分含量,进而减缓应力调控InGaN子层表面的In聚集,使得应力调控InGaN子层与应力调控GaN子层之间具有一个平整的接触界面,而该平整的接触界面能有效减缓晶格缺陷的继续延伸,进而提高多量子阱层的生长质量,达到提高LED外延片质量的目的;同时,将反应腔的温度调节到第二生长温度,通过对应力调控InGaN子层进行变温处理,可以调节应力调控InGaN子层中In的分解速度,进而一方面可以调控应力调控InGaN子层表面的In组分,缓解应力调控InGaN子层表面的In聚集,另一方面可以通过调节应力调控InGaN子层表面的In组分含量,来调节应力调控层的In含量,使得应力调控层能更有效释放应力,进而减少多量子阱层中的由压电极化效应产生的极化电场,进而减缓多量子阱层能带结构的扭曲,提升LED的内量子效率,达到提升LED发光效率的目的。
[0045]实施例二
[0046]本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片制备方法,适用于制备发出蓝绿光的GaN基发光二极管外延片,参见图2,该方法包括:
[0047]步骤S21,将衬底在氢气氛围里进行预处理。
[0048]具体地,将蓝宝石衬底在氢气气氛中退火I?10分钟,对衬底表面进行清洁处理,并将反应腔的温度升到1000?1200°C之间,对衬底进行预热处理。
[0049]步骤S22,在衬底上依次生长低温缓冲层、重结晶成核层、变速缓冲恢复层、u型GaN层、以及η型GaN层。
[0050]在本实施例中,采用蓝宝石衬底。
[0051]步骤S23,在η型GaN层上生长一层应力调控层。
[0052]具体地,该应力调控层为多周期结构,生长该多周期结构的每个周期包括:
[0053]以第一生长温度生长一层应力调控InGaN子层;
[0054]在应力调控InGaN子层生长结束后,在第二生长温度下向反应腔内通入氢气,对应力调控InGaN子层的表面进行刻蚀处理,第二生长温度与第一生长温度不同;
[0055]在刻蚀处理结束后,以第一生长温度在应力调控InGaN子层上生长一层应力调控GaN子层。
[0056]在本实施例中,应力调控InGaN子层可以为InxGa1J子层,其中,χ的取值范围为O?0.2 ;应力调控GaN子层可以为η型掺杂(例如:Si掺杂)或者不掺杂。
[0057]需要说明的是,在生长应力调控InGaN子层时,由于In的原子系数与Ga和N的原子系数差异过大,使得In在并入GaN中时,容易在应力调控InGaN子层表面形成高In组分的团簇(即In聚集),导致In组分空间分布不均匀,使得应力调控InGaN子层的表面形成晶格缺陷(如表面坑等),进而使得晶格缺陷继续向上生长,从而降低了应力调控层释放应力的效果。
[0058]在本实施例中,在应力调控InGaN子层生长结束后,向反应腔内通入氢气,改变了反应腔内的气氛,通入反应腔内的氢气可以起到刻蚀的效果,能刻蚀掉应力调控InGaN子层表面聚集的In,从而促使应力调控InGaN子层表面的晶格缺陷减少,变得更加平整,使得应力调控InGaN子层与应力调控GaN子层之间能有一个良好的接触界面,进而生长出质量更好的应力调控层。
[0059]此外,高温条件下,InGaN材料容易分解,而且In的分解熔点比Ga和N都低。在应力调控InGaN子层生长到适当厚度后,改变反应腔内的温度(即将反应腔的温度调节为第二生长温度),可以影响到In并入GaN中。具体地,升高反应腔内的温度(即第二生长温度高于第一生长温度),可以加大In的分解,进而减少In并入GaN中,使得应力调控InGaN子层表面的In减少,进而能缓解应力调控InGaN子层表面In聚集的情况;如果应力调控InGaN子层中In的并入量不足,可以降低反应腔内的温度,以增加In的并入。
[0060]具体地,第二生长温度与第一生长温度之间差值不小于10°C。
[0061]进一步地,第二生长温度的取值范围可以为800?1100°C。
[0062]在本实施例中,在第二生长温度下,对应力调控InGaN子层的表面进行变温处理,该变温处理包括升温处理、降温处理、以及升降温双处理,其中,升降温双处理包括:先升高反应腔的温度,使得反应腔的温度高于应力调控InGaN子层的生长温度至少10°C,然后降低反应腔的温度,使得反应腔的温度低于应力调控InGaN子层的生长温度至少10°C ;或者,先降低反应腔的温度,使得反应腔的温度低于应力调控InGaN子层的生长温度至少10°C,然后升高反应腔的温度,使得反应腔的温度高于应力调控InGaN子层的生长温度至少10°C。在变温处理时,改变反应腔内的温度,使得反应腔内的温度与应力调控InGaN子层的生长温度的差值需要不小于10°C。在实际应用中,具体选用哪种处理方式可以根据实际情况决定。
[0063]需要说明的是,上述变温处理和刻蚀处理是可以进行搭配的,例如:减少氢气的通入量搭配升温处理,或者,增加氢气的通入量搭配降温处理等。上述搭配方式可以根据实际需求来决定,优选的,在实际应用中,可以选择增加氢气的通入量搭配降温处理这种搭配方式(即在小于第一生长温度的第二生长温度条件下增加氢气的通入量),这样可以在保障应力调控InGaN子层的表面的In组分含量调节在适度范围内,又可以使得氢气对应力调控InGaN子层的表面的刻蚀反应相对平缓,更有利于应力调控InGaN子层的表面生成平整的界面。
[0064]具体地,当对应力调控InGaN子层的表面进行刻蚀处理时,在保障通入应力调控层的总气体流量不变的条件下,氢气的通入量的取值范围为2?25L。
[0065]具体地,应力调控GaN子层与应力调控InGaN子层的生长厚度的比值范围可以为2 ?50。
[0066]在本实施例中,应力调控InGaN子层是为In掺杂,如果其生长厚度偏厚,则其生长质量会偏差,进而影响到多量子阱层的生长质量;如果其生长厚度偏薄,则不利于应力释放。而应力调控GaN子层覆盖在应力调控InGaN子层上,如果应力调控GaN子层太薄,则不能完全保护应力调控InGaN子层;如果应力调控GaN子层太厚,则会严重阻碍载流子的迀移,进而影响LED的发光效率。在生长应力调控GaN子层和应力调控InGaN子层时,选择适当的厚度搭配(本实施例中应力调控GaN子层与应力调控InGaN子层的生长厚度的比值范围可以为2?50),可以更有利于应力调控层释放应力、减少后续生长的多量子阱层中的由压电极化效应产生的极化电场。
[0067]步骤S24,在应力调控层上依次生长多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型欧姆接触层,该多量子阱层的In掺杂量高于该应力调控层的In掺杂量。
[0068]在本实施例中,在多量子阱层前加一层In掺杂量低于多量子阱层的应力调控层,且该应力调控层包括多个应力调控InGaN子层和应力调控GaN子层,可以释放由衬底和外延层之间的晶格失配和热膨胀系数差异而产生的应力,并且该应力调控层还可以充当载流子蓄水池,减缓载流子迀移至多量子阱层的速度,提高多量子阱层的发光效率。在实际应用中,多量子阱层的In掺杂量与应力调控层的In掺杂量的比例值的范围可以为2?4。
[0069]在本实施例中,多量子阱层可以包括前量子阱层和发光量子阱层,前
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