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_3

文档序号:8489024阅读:来源:国知局
量子阱层为多周期结构,在本实施例中包括2?10个周期,每个周期包括第一 InGaN子层和生长在第一 InGaN子层上的第一 GaN子层,其中,第一 InGaN子层的厚度范围为I?3nm,第一 GaN子层的厚度范围为5?30nm ;发光量子阱层也为多周期结构,在本实施例中包括5?12个周期,每个周期包括第二 InGaN子层和生长在第二 InGaN子层上的第二 GaN子层,其中,第二InGaN子层的厚度优选为3nm,第二 GaN子层的厚度范围为9?20nmo
[0070]在本实施例中,低温P型GaN层可以为Mg掺杂,其中,Mg的掺杂浓度范围为IXlO18-1XlO2W3O电子阻挡层可以为AlyG&1_yN,其中,y的取值范围为0.1?0.5。高温P型GaN层可以为Mg掺杂,其中,Mg的掺杂浓度范围为I X 118?lX102°cm_3。
[0071]在本实施例中,步骤S21?S24可以通过以下方式具体实现:
[0072]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。
[0073]将反应腔的温度降到400?600°C之间,在生长压力为100?400Torr之间的条件下,生长15?35nm厚的低温缓冲层。
[0074]在低温缓冲层生长结束之后,将反应腔的温度升至1000?1100°C之间,在生长压力为100?500Torr之间的条件下,生长100?600nm厚的重结晶成核层。
[0075]在重结晶成核层生长结束之后,将反应腔的温度调节至950?1100°C之间,在生长压力为100?500Torr之间的条件下,生长300?1300nm厚的变速缓冲恢复层。
[0076]在变速缓冲恢复层生长结束之后,将反应腔的温度调节至950?1200°C之间,在生长压力为100?500Torr之间的条件下,生长0.8?1.2um厚的u型GaN层。
[0077]在u型GaN层生长结束之后,保持反应腔的温度在950°C -1200°C之间,在生长压力为100?500Torr之间的条件下,生长I?3um厚的η型GaN层,其中,该η型GaN层的Si掺杂浓度在118CnT3?10 19CnT3之间。
[0078]在η型GaN层长结束之后,生长一层应力调控层,该应力调控层为多周期结构,包括5?10个周期,其中,生长该多周期结构的每个周期包括:调整第一生长温度为850?950°C之间,生长压力为100?500Torr之间,打开Ga源、In源以及N源,在纯队气氛环境中,生长0.5?5nm厚的应力调控InGaN子层;在应力调控InGaN子层生长结束后,关闭Ga源和In源,调节反应腔内的温度,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不小于10°C,在第二生长温度为800?1100°C下,同时,在保障整个应力调控层的气体流量不变的条件下,向反应腔内通入2?25L的H2,对应力调控InGaN子层的表面进行刻蚀处理;在对应力调控InGaN子层表面进行刻蚀处理完成后,调整生长温度为850?950°C之间,生长压力为100?500Torr之间,打开Ga源,在纯N2气氛环境中,生长1nm?30nm厚的应力调控GaN子层(其中,如果应力调控GaN子层为Si掺杂,则可以在生长应力调控GaN子层时,通过SiH4)。
[0079]在应力调控层生长结束之后,调节反应腔的温度至750?900°C,在生长压力为100?500TO1T之间的条件下,生长一层多量子阱层,该多量子阱层包括前量子阱层和发光量子阱层。前量子阱层为多周期结构,包括2?10个周期,每个周期包括第一 InGaN子层和生长在第一 InGaN子层上的第一 GaN子层,在生长前量子阱层中的一个周期结构时,先生长I?3nm厚的第一 InGaN子层,然后在第一 InGaN子层上生长5?30nm厚的第一 GaN子层;发光量子阱层也为多周期结构,包括5?12个周期,每个周期包括第二 InGaN子层和生长在第二 InGaN子层上的第二 GaN子层,在生长发光量子阱层中的一个周期结构时,先生长3nm厚的第二 InGaN子层,然后在第二 InGaN子层上生长9?20nm厚的第二 GaN子层。
[0080]在多量子阱层生长结束之后,将反应腔的温度调节至600?850°C之间,在生长压力为100?500Torr之间的条件下,生长10?10nm厚的低温p型GaN层。
[0081]在低温P型GaN层生长结束之后,将反应腔的温度调节至850?1080°C之间,在生长压力为100?500Torr之间的条件下,生长50?200nm厚的电子阻挡层。
[0082]在电子阻挡层生长结束之后,将反应腔的温度调节至800?1000°C之间,在生长压力为100?500Torr之间的条件下,生长50?500nm厚的高温p型GaN层。
[0083]在高温P型GaN层结束之后,将反应腔的温度调节至850?1050°C之间,在生长压力为100?300Torr之间的条件下,生长10?10nm厚的p型欧姆接触层。
[0084]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。
[0085]实施例三
[0086]本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片,可以米用实施例一或实施例二所述的方法制备,参见图3,该外延片包括:衬底10和依次覆盖在衬底10上的低温缓冲层20、重结晶成核层30、变速缓冲恢复层40、u型GaN层50、n型GaN层60、多量子阱层80、低温P型GaN层90、电子阻挡层100、高温P型GaN层110、以及p型欧姆接触层120。
[0087]该外延片还包括:设于η型GaN层60和多量子阱层80之间的应力调控层70,该应力调控层70为多周期结构,该多周期结构的每个周期包括:以第一生长温度生长并在生长结束后进行刻蚀处理的应力调控InGaN子层71和生长在应力调控InGaN子层71上的应力调控GaN子层72,该刻蚀处理为在应力调控InGaN子层71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71的表面进行的刻蚀处理,第二生长温度与第一生长温度不同,应力调控层70的In掺杂量低于多量子阱层80的In掺杂量。
[0088]在本实施例中,在多量子阱层80前加一层In掺杂量低于多量子阱层80的应力调控层70,且该应力调控层70包括多个应力调控InGaN子层71和应力调控GaN子层72,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70还可以充当载流子蓄水池,减缓载流子迀移至多量子阱层80的速度,提高多量子阱层80的发光效率。在实际应用中,多量子阱层80的In掺杂量与应力调控层70的In掺杂量的比例值的范围可以为2?4。
[0089]需要说明的是,应力调控层70的制备过程实施例一中已描述,这里不再赘述。
[0090]具体地,应力调控层70包括5?10个周期结构。
[0091]具体地,应力调控InGaN子层71的生长厚度的范围可以为0.5?8nm(优选为
0.5?2.5nm),应力调控GaN子层72的生长厚度的范围可以为10?30nm(优选为10?15nm)ο
[0092]进一步地,应力调控GaN子层72与应力调控InGaN子层71的生长厚度的比值范围可以为2?50 (优选为2?30)。
[0093]在本实施例中,应力调控InGaN子层71是为In掺杂,如果其生长厚度偏厚,则其生长质量会偏
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