一种InGaN基多量子阱结构及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种InGaN基多量子阱结构，通过在所述GaN垒层上面依次生长所述In组分渐增量子阱层与Si掺杂的GaN垒层呈交替排布的多层结构，之后沿生长方向进一步包括所述In组分固定的量子阱层、In组分递减垒层和GaN垒层呈周期性排布的多层结构，从而本发明所述的InGaN基多量子阱结构能够有效缓解少垒和阱界面处的应力，缓解能带的弯曲，控制电子和空穴的辐射复合区域，提高电子和空穴的注入效率和辐射复合效率，从而有利于进一步获得晶体质量好、内量子效率高、发光效率高的GaN基LED结构，并且其发光峰的半高宽较小，发出光波长较均一。
【专利说明】一种InGaN基多量子拼结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种InGaN基多量子阱结构及其制备方法，属于半导体【技术领域】。
【背景技术】[0002]GaN基发光二极管(LED)可以将电能直接转换为光能，光电转换效率远远超过传统的白炽灯和荧光灯，具有高亮度、低能耗、长寿命、相应速度快等优点，并且由于GaN基材料可以发射从紫外到可见光的整个波段，因此在指示灯、背光源、显示器、家用及商用照明等领域都有广泛的应用。然而，在外延生长的GaN基LED结构中，由于载流子的双极性输入，电子和空穴分别集中在靠近N型掺杂区和P型掺杂区的量子阱中，致使载流子在量子阱间不均匀分布，量子阱中的电子和空穴的波函数的重叠积分减少，特别是对于低迁移率、高有效质量的空穴，这种不均匀性更加明显，从而使得载流子的复合几率降低，影响发光效率。此外，由于GaN基材料固有的极化效应，产生的极化电场导致多量子阱中能带弯曲，导带在P型一侧较低，η型一侧被抬高，从而多量子阱的带边由方形改变为三角形，导带的基带能量降低，价带的基带能量升高，使两者之间的间隙宽度变窄，导致发光波长红移，进一步影响发光效率。
[0003]中国专利文献CN202678396U公开了一种新型多量子阱发光二极管，其外延结构沿生长方向依次为衬底1、缓冲层2、未掺杂GaN层3、掺杂的GaN层4、多量子阱InyGapyN/InxGahN有源层5、电子阻挡层6和p型空穴层及接触层7。上述多量子阱InyGa^NAnxGahN有源层 5 包括 InyGa1J 垒层 51 和 InxGai_xN 阱层 52，其中 O ≤ y〈l，y>x，0〈x〈l。该 InxGai_xN阱层52包括X渐增521层、X值固定的522层、X值递减523层，InyGa1J垒层51和InxGapxN阱层52的周期数在5至15个之间。上述多量子阱发光二极管中包括In组分含量渐变的多层结构即多量子阱InyGahNAnxGahN有源层，该多层结构具体包括In含量渐增的521层、In含量固定的522层、In含量递减523层，然而，上述多量子阱发光二极管结构中产生的发光峰半高宽比较大，发出的光波长不均一，晶体质量和内量子效率还有很大进一步提升的空间。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是现有技术中的多量子阱发光二极管的结构中发光峰半高宽比较大，发出的光波长不均一，从而提供一种晶体质量好、内量子效率高的InGaN基多量子阱结构及其制备方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明提供一种InGaN基多量子阱结构，其特征在于，其结构沿生长方向依次为:第一 GaN垒层、第一 In组分渐增量子阱层、第一 Si掺杂的GaN垒层、第二 In组分渐增量子阱层、第二 Si掺杂的GaN垒层、第三In组分渐增量子阱层、第三Si掺杂的GaN垒层、第一固定In组分的量子阱层、第一 In组分递减垒层、第二 GaN垒层、第二固定In组分的量子阱层、第二 In组分递减垒层、第三GaN垒层、第三固定In组分的量子阱层、第三In组分递减垒层、第四GaN垒层；
[0007]所述第一、第二、第三In组分渐增量子阱层分别为InxGahN量子阱层、InyGai_yN量子阱层、InzGa1=N量子阱层，其中x、y、z沿生长方向呈连续性增加；
[0008]所述第一、第二、第三In组分递减鱼层分别为InwGapwN鱼层、InmGahmN鱼层、InnGa1^nN鱼层；其中w、m、n分别沿生长方向逐渐减小；
[0009]所述第一、第二、第三固定In组分的量子阱层为InvGahN量子阱层，V沿生长方向固定不变。
[0010]所述第一、第二、第三In组分渐增量子阱层分别为InxGa^N量子阱层、InyGai_yN量子阱层、InzGa1= N量子阱层，其中x、y、z沿生长方向逐渐增加的幅度为0.03-0.07 ；
[0011]所述第一、第二、第三In组分递减鱼层分别为InwGapwN鱼层、InmGahmN鱼层、InnGa1^nN垒层；其中W、m、η沿生长方向逐渐减少的幅度为0.03-0.2。
[0012]所述第一 GaN垒层、第二 GaN垒层、第三GaN垒层、第四GaN垒层的厚度均为10_20nm。
[0013]所述第一 In组分渐增量子阱层、所述第二 In组分渐增量子阱层与所述第三In组分渐增量子阱层的厚度比为1:1:1。
[0014]所述第一 Si掺杂的GaN垒层、第二 Si掺杂的GaN垒层、第三Si掺杂的GaN垒层的厚度比为1:1:1。
[0015]所述第一固定In组分的量子阱层、第二固定In组分的量子阱层、第三固定In组分的量子阱层的厚度比为1:1:1 ;所述第一固定In组分的量子阱层、第二固定In组分的量子阱层、第三固定In组分的量子阱层均为InvGahN量子阱层，其中v取值为0.1-0.2。
[0016]所述第一 In组分递减垒层、第二 In组分递减垒层、第三In组分递减垒层的厚度比为1:1:1。
[0017]所述第一 GaN垒层、第一 In组分渐增InGaN量子阱层、第一 Si掺杂的GaN垒层、第一固定In组分的InGaN量子阱层、第一 In组分递减InGaN垒层的厚度比为3:1:3:1:1-5:1:5:1:1。
[0018]进一步，提供一种制备所述InGaN基多量子阱结构的方法，其具体包括如下步骤:
[0019](I)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为840°C、压力为400mbar条件下生长200-400S，即得所述第一 GaN垒层；
[0020](2)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为810°C、压力从400mbar线性增加到420_450mbar条件下生长50_120s,即在步骤(1)所述第一 GaN鱼层生长得到所述第一 In组分渐增InGaN量子阱层；
[0021](3)以TEGa为镓源、SiH4为硅源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为840°C、压力为400mbar条件下生长200-400s，即在步骤(2)所述第一 In组分渐增InGaN量子阱层生长所述第一 Si掺杂的GaN垒层；
[0022](4)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为780°C、压力从400mbar线性增加到420_450mbar条件下生长50_120s,即在所述第一 Si掺杂的GaN垒层上生长得到所述第二 In组分渐增InGaN量子阱层；
[0023](5)重复步骤(3)的操作，以在步骤(4)所述二 In组分渐增InGaN量子阱层生长得到第二 Si掺杂的GaN垒层；[0024](6)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力从400mbar线性增加到420_450mbar条件下生长50_120s，即在所述第二 Si掺杂的GaN垒层上生长得到所述第三In组分渐增InGaN量子阱层；
[0025](7)重复步骤(3)的操作，以在步骤(6)所述第三In组分渐增InGaN量子阱层上生长得到第三Si掺杂的GaN垒层；
[0026](8)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力为450mbar条件下生长40-120S，即在步骤(7)所述第三Si掺杂的GaN垒层上生长得到所述第一固定In组分的InGaN量子讲层；
[0027](9)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到840°C、压力为400mbar条件下生长40_100s,即在步骤(8)所述第一固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到所述第一 In组分递减InGaN量子垒层；
[0028](10)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长200-400S，即在步骤(9)所述第一 In组分递减InGaN量子阱层上生长得到第二 GaN垒层；
[0029](11)重复步骤(8)的操作，以在所述第二 GaN垒层上生长得到所述第二固定In组分的InGaN量子讲层；
[0030](12)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到870°C、压力为400mbar条件下生长40_100s，即在步骤(12)所述第二固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到所述第二 In组分递减InGaN量子垒层；
[0031](13)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长200-400S，即在步骤(12)所述第二 In组分递减InGaN量子阱层上生长得到第三GaN垒层；
[0032](14)重复步骤(8)的操作，以在所述第三GaN垒层上生长得到所述第三固定In组分的InGaN量子讲层；
[0033](15)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到870°C、压力为400mbar条件下生长40_100s，即在步骤(14)所述第三固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到所述第三In组分递减InGaN量子垒层；
[0034](16)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长200-400S，即在步骤(15)所述第三In组分递减InGaN量子阱层上生长得到第四GaN垒层，即得所述InGaN基多量子阱结构；
[0035]在上述步骤中，控制TEGa流量为50-100sccm，TMIn为铟源的流量为30_100sccm，NH3 流量为 4000-4500sccm，载气 H2 流量为 400_450sccm。
[0036]还提供一种包括所述InGaN基多量子阱结构的LED结构，其沿生长方向依次为衬底、低温GaN成核层、高温未掺杂的U-GaN层、Si掺杂的n_GaN层、所述InGaN/GaN基多量子讲结构、P-AlGaN电子阻挡层和Mg掺杂的ρ-GaN层。
[0037]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0038](I)本发明所述的InGaN基多量子阱结构，通过在所述GaN垒层上面依次生长所述In组分渐增量子阱层与Si掺杂的GaN垒层呈交替排布的多层结构，之后沿生长方向进一步包括所述In组分固定的量子阱层、In组分递减垒层和GaN垒层呈周期性排布的多层结构，从而本发明所述的InGaN基多量子阱结构能够有效缓解少垒和阱界面处的应力，缓解能带的弯曲，控制电子和空穴的辐射复合区域，提高电子和空穴的注入效率和辐射复合效率，较之现有技术中的多量子阱发光二极管结构的发光峰半高宽比较大，发出的光波长不均一，本发明所述InGaN基多量子阱结构有利于内部的电子和空穴都被限制在固定In组分的量子阱区域内，从而有效阻碍电子和空穴的波函数产生分离，使载流子的复合几率增大，减少其内部晶格失配产生的应力场和压电极化电场，提高多量子阱的发光效率，从而有利于进一步获得晶体质量好、内量子效率高、发光效率高的GaN基LED结构，并且其发光峰的半高宽较小，发出光波长较均一。
[0039](2)本发明所述的InGaN基多量子阱结构，其中所述第一、第二、第三In组分渐增量子阱层分别为InxGa1J量子阱层、InyGa1J量子阱层、InzGa1J量子阱层，其中x、y、z沿生长方向呈连续性增加，并且x、y、z沿生长方向逐渐增加的幅度为0.03-0.07 ;从而能够有效缓解少垒和阱界面处的应力。
[0040](3)本发明所述的InGaN基多量子阱结构，其中所述第一固定In组分的量子阱层、第二固定In组分的量子阱层、第三固定In组分的量子阱层均为InvGahN量子阱层，其中v取值为0.1-0.2，从而有利于减小发光峰的半高宽，提高发出的光波长的均一性。
[0041](4)本发明所述的InGaN基多量子阱结构的制备方法，在生长所述第一 In组分渐增量子阱层时，通过线性控制反应室压力变化范围为400-450mbar，就能够实现量子阱层中In组分含量的增加，较之现有技术通过控制温度或提高铟源TMIn的流量，能够更准确、有效的控制In组分的渐变。
[0042](5)本发明所述的InGaN基多量子阱结构的制备方法，通过控制生长温度依次为810°C、780°C、75(rC，在相同的压力下，实现在所述第一、第二、第三In组分渐增量子阱层，即所述InxGahN量子阱层、InyGa1J量子阱层和InzGa1J量子阱层中，In组分的起始含量不同，由此说明本发明通过控制生长温度的不同进而直接影响In组分的掺杂速率，温度越高掺杂速率越低。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
[0044]图1是本发明所述LED的结构示意图；
[0045]图2是本发明所述InGaN基多量子阱的结构示意图。
[0046]图中附图标记表示为=1-GaN成核层，2-高温未掺杂的U-GaN层，3-Si掺杂的n-GaN层，4-1-第一 GaN垒层，4_2_第一 In组分渐增InGaN量子阱层，4_3_第一 Si掺杂的GaN垒层，4-4-第二 In组分渐增InGaN量子阱层，4_5_第二 Si掺杂的GaN垒层，4_6_第三In组分渐增InGaN量子阱层，4_7_第三Si掺杂的GaN垒层，4_8_第一固定In组分为0.15的InGaN量子阱层，4-9-第一 In组分递减InGaN量子垒层；4-10_第二 GaN垒层，4_11_第二固定In组分的InGaN量子阱层，4-12-第二 In组分递减InGaN量子垒层，4_13_第三GaN垒层，4-14-第三固定In组分的InGaN量子阱层，4_15_第三In组分递减InGaN量子垒层，4-16-第四GaN垒层，5-p-AlGaN电子阻挡层，6_Mg掺杂的ρ-GaN层。【具体实施方式】
[0047]实施例1
[0048]本实施例提供一种LED结构，其结构如图1所示，沿生长方向依次为蓝宝石衬底、低温GaN成核层、高温未掺杂的U-GaN层、Si掺杂的n_GaN层、所述InGaN/GaN基多量子阱结构、ρ-AlGaN电子阻挡层和Mg掺杂的ρ-GaN层。
[0049]其中，所述InGaN基多量子阱的结构如图2所示，其沿生长方向依次为:第一 GaN垒层、第一 In组分渐增量子阱层、第一 Si掺杂的GaN垒层、第二 In组分渐增量子阱层、第二 Si掺杂的GaN垒层、第三In组分渐增量子阱层、第三Si掺杂的GaN垒层、第一固定In组分的量子阱层、第一 In组分递减垒层、第二 GaN垒层、第二固定In组分的量子阱层、第二In组分递减垒层、第三GaN垒层、第三固定In组分的量子阱层、第三In组分递减垒层、第四GaN垒层；
[0050]其中，所述第一、第二、第三In组分渐增量子阱层分别为InxGahN量子阱层、InyGa1^yN量子阱层、InzGa1^zN量子阱层，其中x沿生长方向从O逐渐增加至0.05，y沿生长方向从0.05逐渐增加至0.1，z从0.1逐渐增加至0.15;
[0051]所述第一 Si掺杂的GaN垒层、第二 Si掺杂的GaN垒层、第三Si掺杂的GaN垒层中载流子浓度均为IO17 ；
[0052]所述第一固定In组分的量子阱层、第二固定In组分的量子阱层、第三固定In组分的量子阱层均为InvGahN量子阱层，其中v取值为0.15，即In组分含量均为0.15;[0053]所述第一 In组分递减垒层、第二 In组分递减垒层、第一 In组分递减垒层分别为InwGapwN鱼层、InmGapmN鱼层、InnGa1J^鱼层,其中w沿生长方向从0.15逐渐减少至0.1 ；m沿生长方向从0.15逐渐减少至0.05, η沿生长方向从0.15逐渐减少至O;
[0054]进一步，提供所述LED结构的生长方法，其中控制TEGa流量为80sCCm，TMIn为铟源的流量为50sccm ；NH3流量为4200sccm，载气H2流量为420sccm，具体包括如下步骤:
[0055](I)蓝宝石衬底的清洁处理:在1060°C温度下,H2气氛中退火300s，随后对其进行氮化处理,备用；
[0056](2)采用TMGa作为镓源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为530°C，生长时间为120s，反应室压力为600mbar，退火温度为1040°C，退火时间为200s，即在蓝宝石衬底上生长厚度为30nm的所述GaN成核层I ;
[0057](3)采用TMGa作为镓源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为1060°C，生长时间为3600s，反应室压力为600mbar，即在GaN成核层上生长厚度为2 μ m的所述高温未掺杂的 U-GaN 层 2 ；
[0058](4)采用TMGa作为镓源，SiH4作为硅源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为1065°C，生长时间为1800s，反应室压力为600mbar，即在未掺杂的U-GaN层上生长厚度为Ium的所述Si掺杂的n-GaN层3 ；
[0059](5)采用TEGa作为镓源，NH3作为氮源，H2作为载气，生长温度为840°C，生长时间为300s，反应室压力为400mbar，即在n_GaN层上生长厚度为15nm的所述第一 GaN垒层4_1 ；
[0060](6)采用TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，生长温度为810°C，生长时间为120s，反应室的压力从400mbar线性增加到450mbar，即在所述第一 GaN垒层生长得到厚度为5nm的所述第一 In组分渐增InGaN量子阱层4_2 ；[0061](7)以TEGa为镓源、SiH4为硅源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为840°C、压力为400mbar条件下生长300s,即在所述第一 In组分渐增InGaN量子讲层生长厚度为15nm的所述第一 Si掺杂的GaN垒层4-3 ；
[0062](8)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为780°C、压力从400mbar线性增加到450mbar条件下生长120s,即在所述第一 Si掺杂的GaN鱼层上生长厚度为5nm的所述第二 In组分渐增InGaN量子阱层4_4 ；
[0063](9)以TEGa为镓源、SiH4为硅源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为840°C、压力为400mbar条件下生长300s,即在所述第二 In组分渐增InGaN量子讲层生长厚度为15nm的所述第二 Si掺杂的GaN垒层；
[0064](10)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力从400mbar线性增加到450mbar条件下生长120s,即在所述第二 Si掺杂的GaN鱼层上生长厚度为15nm的所述第三In组分渐增InGaN量子阱层4_6 ；
[0065](11)以TEGa为镓源、SiH4为硅源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为840°C、压力为400mbar条件下生长300s,即在所述第三In组分渐增InGaN量子讲层生长厚度为15nm的所述第三Si掺杂的GaN垒层4-7 ；
[0066](12)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力为450mbar条件下生长120s，即在所述第三Si掺杂的GaN垒层上生长得到厚度为5nm的所述第一固定In组分为0.15的InGaN量子阱层4_8 ；
[0067](13)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到840°C、压力为400mbar条件下生长100s，即在所述第一固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到厚度为5nm的所述第一 In组分递减InGaN量子垒层4_9 ；
[0068](14)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长200s，即在所述第一 In组分递减InGaN量子阱层上生长得到厚度为IOnm的所述第二GaN 垒层 4-10 ；
[0069](15)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力为450mbar条件下生长120s，即在所述第二 GaN垒层上生长得到厚度为5nm的所述第二固定In组分的InGaN量子阱层4_11 ；
[0070](16)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到870°C、压力为400mbar条件下生长100s，即在所述第二固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到厚度为5nm所述第二 In组分递减InGaN量子垒层4_12 ；
[0071](17)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长200s，即在所述第二 In组分递减InGaN量子阱层上生长得到厚度为IOnm的所述第三GaN 垒层 4-13 ；
[0072](18)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力为450mbar条件下生长120s，即在所述第三GaN垒层上生长得到厚度为5nm的所述第三固定In组分的InGaN量子阱层4_14 ；
[0073](19)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到870°C、压力为400mbar条件下生长100s，即在所述第三固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到厚度为5nm的所述第三In组分递减InGaN量子垒层4_15 ；[0074](20)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长200s，即在所述第三In组分递减InGaN量子阱层上生长得到厚度为IOnm的所述第四GaN 垒层 4-16 ；
[0075](21)采用TMGa作为镓源，TMAl作为铝源，Cp2Mg作为镁源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为960°C，生长时间为300s，反应室压力为150mbar，在所述第四GaN垒层上生长厚度为IOnm的所述p-AlGaN电子阻挡层5 ；
[0076](22)采用TMGa作为镓源，Cp2Mg作为镁源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为960°C，生长时间为3000s，反应室压力为150mbar，即在所述p-AlGaN电子阻挡层上生长厚度为IOnm的所述Mg掺杂的ρ-GaN层6,之后在760°C的温度下,N2气氛中退火1000s,最后降至室温，即得包括所述InGaN基多量子阱结构的LED结构。
[0077]实施例2
[0078]本实施例提供一种LED结构，沿生长方向依次为蓝宝石衬底、低温GaN成核层、高温未掺杂的U-GaN层、Si掺杂的n-GaN层、所述InGaN/GaN基多量子阱结构、p-AlGaN电子阻挡层和Mg掺杂的p-GaN层。
[0079]其中，所述InGaN基多量子阱的结构包括沿生长方向依次为:第一 GaN垒层、第一In组分渐增量子阱层、第一 Si掺杂的GaN垒层、第二 In组分渐增量子阱层、第二 Si掺杂的GaN垒层、第三In组分渐增量子阱层、第三Si掺杂的GaN垒层、第一固定In组分的量子阱层、第一 In组分递减垒层、第二 GaN垒层、第二固定In组分的量子阱层、第二 In组分递减垒层、第三GaN垒层、第三固定In组分的量子阱层、第三In组分递减垒层、第四GaN垒层；
[0080]其中，所述第一、第二、第三In组分渐增量子阱层分别为InxGahN量子阱层、InyGa1^yN量子阱层、InzGa1^zN量子阱层，其中x沿生长方向从O逐渐增加至0.03，y沿生长方向从0.03逐渐增加至0.07, z从0.07逐渐增加至0.1;
[0081]所述第一 Si掺杂的GaN垒层、第二 Si掺杂的GaN垒层、第三Si掺杂的GaN垒层中载流子浓度均为IO18 ；
[0082]所述第一固定In组分的量子阱层、第二固定In组分的量子阱层、第三固定In组分的量子阱层均为InvGahN量子阱层，其中v取值为0.1，即In组分含量均为0.1;
[0083]所述第一 In组分递减垒层、第二 In组分递减垒层、第一 In组分递减垒层分别为InwGa1^wN > InmGa1^mN鱼层、InnGa1J^鱼层,其中w沿生长方向从0.1逐渐减少至0.07 ；m沿生长方向从0.1逐渐减少至0.03，η沿生长方向从0.1逐渐减少至O;
[0084]进一步，提供所述LED结构的生长方法，其中控制TEGa流量为50sccm，TMIn为铟源的流量为30sccm，NH3流量为4000sccm，载气H2流量为450sccm，具体包括如下步骤:
[0085](I)蓝宝石衬底的清洁处理:在1060°C温度下,H2气氛中退火300s，随后对其进行氮化处理,备用；
[0086](2)采用TMGa作为镓源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为530°C，生长时间为120s，反应室压力为600mbar，退火温度为1040°C，退火时间为200s，即在蓝宝石衬底上生长厚度为30nm的所述GaN成核层；
[0087](3)采用TMGa作为镓源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为1060°C，生长时间为3600s，反应室压力为600mbar，即在GaN成核层上生长厚度为2 μ m的所述高温未掺杂的U-GaN层；[0088](4)采用TMGa作为镓源，SiH4作为硅源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为1065°C，生长时间为1800s，反应室压力为600mbar，即在未掺杂的U-GaN层上生长厚度为Ium的所述Si掺杂的n-GaN层；
[0089](5)采用TEGa作为镓源，NH3作为氮源，H2作为载气，生长温度为840°C，生长时间为200s，反应室压力为400mbar，即在n_GaN层上生长厚度为IOnm的所述第一 GaN垒层；
[0090](6)采用TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，生长温度为810°C，生长时间为50s，反应室的压力从400mbar线性增加到420mbar，即在所述第一 GaN垒层生长得到厚度为2nm的所述第一 In组分渐增量子阱层；
[0091](7)以TEGa为镓源、SiH4为硅源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为840°C、压力为400mbar条件下生长200s，即在所述第一 In组分渐增量子阱层的生长厚度为IOnm的所述第一 Si掺杂的GaN垒层；
[0092](8)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为780°C、压力从400mbar线性增加到420mbar条件下生长40s,即在所述第一 Si掺杂的GaN鱼层上生长厚度为2nm的所述第二 In组分渐增量子阱层；
[0093](9)以TEGa为镓源、SiH4为硅源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为840°C、压力为400mbar条件下生长200s,即在所述第二 In组分渐增InGaN量子讲层生长厚度为IOnm的所述第二 Si掺杂的GaN垒层；
[0094](10)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力从400mbar线性增加到420mbar条件下生长50s,即在所述第二 Si掺杂的GaN鱼层上生长厚度为2nm的所述第三In组分渐增量子阱层；
[0095](11)以TEGa为镓源、SiH4为硅源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为840°C、压力为400mbar条件下生长200s,即在所述第三In组分渐增InGaN量子讲层生长厚度为IOnm的所述第三Si掺杂的GaN垒层；
[0096](12)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力为450mbar条件下生长40s，即在所述第三Si掺杂的GaN垒层上生长得到厚度为2nm的所述第一固定In组分为0.15的InGaN量子阱层；
[0097](13)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到840°C、压力为400mbar条件下生长40s,即在所述第一固定In组分的InGaN量子讲层上生长得到厚度为2nm的所述第一 In组分递减InGaN量子垒层；
[0098](14)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长200s，即在所述第一 In组分递减InGaN量子阱层上生长得到厚度为IOnm的所述第二GaN垒层；
[0099](15)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力为450mbar条件下生长40s，即在所述第二GaN垒层上生长得到厚度为2nm的所述第二固定In组分的InGaN量子阱层；
[0100](16)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到870°C、压力为400mbar条件下生长40s，即在所述第二固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到厚度为2nm所述第二 In组分递减InGaN量子垒层；
[0101](17)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长200s，即在所述第二 In组分递减InGaN量子阱层上生长得到厚度为IOnm的所述第三GaN垒层；
[0102](18)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力为450mbar条件下生长40s，即在所述第三GaN垒层上生长得到厚度为2nm的所述第三固定In组分的InGaN量子阱层；
[0103](19)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到870°C、压力为400mbar条件下生长40s，即在所述第三固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到厚度为2nm的所述第三In组分递减InGaN量子垒层；
[0104](20)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长200s，即在所述第三In组分递减InGaN量子阱层上生长得到厚度为IOnm的所述第四GaN垒层；
[0105](21)采用TMGa作为镓源，TMAl作为铝源，Cp2Mg作为镁源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为960°C，生长时间为300s，反应室压力为150mbar，在所述第四GaN垒层上生长厚度为IOnm的所述p-AlGaN电子阻挡层；
[0106](22)采用TMGa作为镓源，Cp2Mg作为镁源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为960°C，生长时间为3000s，反应室压力为150mbar，即在所述p-AlGaN电子阻挡层上生长厚度为IOnm的所述Mg掺杂的ρ-GaN层,之后在760°C的温度下,N2气氛中退火1000s,最后降至室温，即得包括所述InGaN基多量子阱结构的LED结构。
[0107]实施例3
[0108]本实施例提供一种LED结构，沿生长方向依次为蓝宝石衬底、低温GaN成核层、高温未掺杂的U-GaN层、Si掺杂的n-GaN`层、所述InGaN/GaN基多量子阱结构、p-AlGaN电子阻挡层和Mg掺杂的p-GaN层。
[0109]其中，所述InGaN基多量子阱的结构包括沿生长方向依次为:第一 GaN垒层、第一In组分渐增量子阱层、第一 Si掺杂的GaN垒层、第二 In组分渐增量子阱层、第二 Si掺杂的GaN垒层、第三In组分渐增量子阱层、第三Si掺杂的GaN垒层、第一固定In组分的量子阱层、第一 In组分递减垒层、第二 GaN垒层、第二固定In组分的量子阱层、第二 In组分递减垒层、第三GaN垒层、第三固定In组分的量子阱层、第三In组分递减垒层、第四GaN垒层；
[0110]其中，所述第一、第二、第三In组分渐增量子阱层分别为InxGahN量子阱层、InyGa1^yN量子阱层、InzGa1^zN量子阱层，其中x沿生长方向从O逐渐增加至0.07，y沿生长方向从0.07逐渐增加至0.13，z从0.13逐渐增加至0.2;
[0111]所述第一 Si掺杂的GaN垒层、第二 Si掺杂的GaN垒层、第三Si掺杂的GaN垒层中载流子浓度变化范围均为0.5 X IO18 ；
[0112]所述第一固定In组分的量子阱层、第二固定In组分的量子阱层、第三固定In组分的量子阱层均为InvGahN量子阱层，其中v取值为0.2，即In组分含量均为0.2;
[0113]所述第一 In组分递减垒层、第二 In组分递减垒层、第一 In组分递减垒层分别为InwGa1^wN鱼层、InmGahmN鱼层、InnGa1J^鱼层,其中w沿生长方向从0.2逐渐减少至0.13 ；m沿生长方向从0.2逐渐减少至0.07，η沿生长方向从0.2逐渐减少至O;
[0114]进一步，提供所述LED结构的生长方法，其中控制TEGa流量为lOOsccm，TMIn为铟源的流量为IOOsccm ；NH3流量为4500sccm，载气H2流量为400sccm，具体包括如下步骤:[0115](I)蓝宝石衬底的清洁处理:在1060°C温度下,H2气氛中退火300s，随后对其进行氮化处理,备用；
[0116](2)采用TMGa作为镓源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为530°C，生长时间为120s，反应室压力为600mbar，退火温度为1040°C，退火时间为200s，即在蓝宝石衬底上生长厚度为30nm的所述GaN成核层；
[0117](3)采用TMGa作为镓源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为1060°C，生长时间为3600s，反应室压力为600mbar，即在GaN成核层上生长厚度为2 μ m的所述高温未掺杂的U-GaN层；
[0118](4)采用TMGa作为镓源，SiH4作为硅源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为1065°C，生长时间为1800s，反应室压力为600mbar，即在未掺杂的U-GaN层上生长厚度为Ium的所述Si掺杂的n-GaN层；
[0119](5)采用TEGa作为镓源，NH3作为氮源，H2作为载气，生长温度为840°C，生长时间为400s，反应室压力为400mbar，即在n_GaN层上生长厚度为20nm的所述第一 GaN垒层；
[0120](6)采用TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，生长温度为810°C，生长时间为100s，反应室的压力从400mbar线性增加到435mbar，即在所述第一 GaN垒层生长得到厚度为4nm的所述第一 In组分渐增量子阱层；
[0121](7)以TEGa为镓源、SiH4为硅源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为840°C、压力为400mbar条件下生长400s，即在所述第一 In组分渐增量子阱层的生长厚度为20nm的所述第一 Si掺杂的GaN垒层；
[0122](8)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为780°C、压力从400mbar线性增加到435mbar条件下生长100s,即在所述第一 Si掺杂的GaN鱼层上生长厚度为4nm的所述第二 In组分渐增量子阱层；
[0123](9)以TEGa为镓源、SiH4为硅源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为840°C、压力为400mbar条件下生长400s,即在所述第二 In组分渐增InGaN量子讲层生长厚度为20nm的所述第二 Si掺杂的GaN垒层；
[0124](10)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力从400mbar线性增加到435mbar条件下生长100s,即在所述第二 Si掺杂的GaN鱼层上生长厚度为4nm的所述第三In组分渐增量子阱层；
[0125](11)以TEGa为镓源、SiH4为硅源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为840°C、压力为400mbar条件下生长400s,即在所述第三In组分渐增InGaN量子讲层生长厚度为20nm的所述第三Si掺杂的GaN垒层；
[0126](12)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力为450mbar条件下生长100s，即在所述第三Si掺杂的GaN垒层上生长得到厚度为4nm的所述第一固定In组分为0.15的InGaN量子阱层；
[0127](13)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到840°C、压力为400mbar条件下生长100s，即在所述第一固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到厚度为4nm的所述第一 In组分递减InGaN量子垒层；
[0128](14)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长400s，即在所述第一 In组分递减InGaN量子阱层上生长得到厚度为20nm的所述第二GaN垒层；
[0129](15)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力为450mbar条件下生长100s，即在所述第二 GaN垒层上生长得到厚度为4nm的所述第二固定In组分的InGaN量子阱层；
[0130](16)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到870°C、压力为400mbar条件下生长100s，即在所述第二固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到厚度为4nm所述第二 In组分递减InGaN量子垒层；
[0131](17)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长400s，即在所述第二 In组分递减InGaN量子阱层上生长得到厚度为20nm的所述第三GaN垒层；
[0132](18)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力为450mbar条件下生长100s，即在所述第三GaN垒层上生长得到厚度为4nm的所述第三固定In组分的InGaN量子阱层；
[0133](19)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到870°C、压力为400mbar条件下生长100s，即在所述第三固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到厚度为4nm的所述第三In组分递减InGaN量子垒层；
[0134](20)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长400s，即在所述第三In组分递减InGaN量子阱层上生长得到厚度为20nm的所述第四GaN垒层；
[0135](21)采用TMGa作为镓源，TMAl作为铝源，Cp2Mg作为镁源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为960°C，生长时间为300s，反应室压力为150mbar，在所述第四GaN垒层上生长厚度为IOnm的所述p-AlGaN电子阻挡层；
[0136](22)采用TMGa作为镓源，Cp2Mg作为镁源，NH3作为氮源，N2作为载气，生长温度为960°C，生长时间为3000s，反应室压力为150mbar，即在所述p-AlGaN电子阻挡层上生长厚度为IOnm的所述Mg掺杂的ρ-GaN层,之后在760°C的温度下,N2气氛中退火1000s,最后降至室温，即得包括所述InGaN基多量子阱结构的LED结构。
[0137]对比例I
[0138]本对比例采用现有技术提供一种新型多量子阱发光二极管，其外延结构沿生长方向依次为衬底、缓冲层、未掺杂GaN层、掺杂的GaN层、多量子阱InyGahyNAnxGahN有源层、电子阻挡层和P型空穴层及接触层。上述多量子阱InyGapyNAnxGahN有源层沿生长方向依次包括InyGapyN鱼层和InxGa1J^讲层,其中O ( y〈l,y>x,0〈x〈l。该InxGa1J^讲层沿生长方向依次包括X渐增层、X值固定层、X值递减层，InyGa1J垒层和InxGa1J阱层呈周期性排布且周期数为10个。
[0139]测试例
[0140]将实施例1-3和对比例I制备得到的所述LED结构依次编号为A_D，通过测试变温PL谱并计算得到不同样品的内量子效率，如下表1所示。
[0141]具体操作为:采用He-Cd激光器，其激发光源为325nm，激发功率为20mW，使用最低温度为5K的低温平台(Jan i s Research公司生产)。测量时，为避免产生大的干涉，激发光均采用侧面45b斜入射到样品上以实现侧面采集；从室温300K逐渐降温至最低温度5K，利用光栅光谱仪在不同温度下扫描得到样品的PL谱，扫描间隔为0.5nm，记录室温300K和低温5K的PL谱积分强度，从而室温300K和低温5K的PL谱积分强度的比值即为内
量子效率。
[0142]上述样品A-D在室温300K下扫描得到PL谱中的主发光峰的波长分别为460、450、470、460nm，上述主发光峰对应的半高宽分别如表1所示。
[0143]表1-不同样品的性能测试结果
[0144]
【权利要求】
1.一种InGaN基多量子阱结构，其特征在于，其结构沿生长方向依次为:第一 GaN垒层、第一 In组分渐增量子阱层、第一 Si掺杂的GaN垒层、第二 In组分渐增量子阱层、第二Si掺杂的GaN垒层、第三In组分渐增量子阱层、第三Si掺杂的GaN垒层、第一固定In组分的量子阱层、第一 In组分递减垒层、第二 GaN垒层、第二固定In组分的量子阱层、第二 In组分递减垒层、第三GaN垒层、第三固定In组分的量子阱层、第三In组分递减垒层、第四GaN垒层； 所述第一、第二、第三In组分渐增量子阱层分别为InxGahN量子阱层、InyGai_yN量子阱层、InzGa1=N量子阱层，其中x、y、z沿生长方向呈连续性增加； 所述第一、第二、第三In组分递减鱼层分别为InwGapwN鱼层、InmGapmN鱼层、InnGa1J^鱼层；其中w、m、η分别沿生长方向逐渐减小； 所述第一、第二、第三固定In组分的量子阱层为InvGahN量子阱层，V沿生长方向固定不变。
2.根据权利要求1所 述的InGaN基多量子阱结构，其特征在于，所述第一、第二、第三In组分渐增量子阱层分别为InxGahN量子阱层、InyGai_yN量子阱层、InzGa1=N量子阱层，其中X、y、z沿生长方向逐渐增加的幅度为0.03-0.07 ； 所述第一、第二、第三In组分递减鱼层分别为InwGapwN鱼层、InmGapmN鱼层、InnGa1J^垒层；其中w、m、η沿生长方向逐渐减少的幅度为0.03-0.2。
3.根据权利要求1或2所述的InGaN基多量子阱结构，其特征在于，所述第一GaN垒层、第二 GaN垒层、第三GaN垒层、第四GaN垒层的厚度均为10_20nm。
4.根据权利要求1-3任一所述的InGaN基多量子阱结构，其特征在于，所述第一In组分渐增量子阱层、所述第二 In组分渐增量子阱层与所述第三In组分渐增量子阱层的厚度比为1:1:1。
5.根据权利要求1-4任一所述的InGaN基多量子阱结构，其特征在于，所述第一Si掺杂的GaN垒层、第二 Si掺杂的GaN垒层、第三Si掺杂的GaN垒层的厚度比为1:1:1。
6.根据权利要求1-5任一所述的InGaN基多量子阱结构，其特征在于，所述第一固定In组分的量子阱层、第二固定In组分的量子阱层、第三固定In组分的量子阱层的厚度比为1:1:1 ;所述第一固定In组分的量子阱层、第二固定In组分的量子阱层、第三固定In组分的量子阱层均为InvGahN量子阱层，其中v取值为0.1-0.2。
7.根据权利要求1-6任一所述的InGaN基多量子阱结构，其特征在于，所述第一In组分递减垒层、第二 In组分递减垒层、第三In组分递减垒层的厚度比为1:1:1。
8.根据权利要求1-7任一所述的InGaN基多量子阱结构，其特征在于，所述第一GaN垒层、第一 In组分渐增InGaN量子阱层、第一 Si掺杂的GaN垒层、第一固定In组分的InGaN量子阱层、第一 In组分递减InGaN垒层的厚度比为3:1:3:1:1-5:1:5:1:10
9.一种制备权利要求1-8任一所述InGaN基多量子阱结构的方法，具体包括如下步骤: (1)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为840°C、压力为400mbar条件下生长200-400s，即得所述第一 GaN垒层； (2)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为810°C、压力从400mbar线性增加到420_450mbar条件下生长50_120s,即在步骤(1)所述第一 GaN鱼层生长得到所述第一 In组分渐增InGaN量子阱层； (3)以TEGa为镓源、SiH4为硅源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为840°C、压力为400mbar条件下生长200-400s，即在步骤(2)所述第一 In组分渐增InGaN量子阱层生长所述第一 Si掺杂的GaN垒层； (4)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为780°C、压力从400mbar线性增加到420_450mbar条件下生长50_120s,即在所述第一 Si掺杂的GaN鱼层上生长得到所述第二 In组分渐增InGaN量子阱层； (5)重复步骤(3)的操作，以在步骤(4)所述二In组分渐增InGaN量子阱层生长得到第二 Si掺杂的GaN垒层； (6)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力从400mbar线性增加到420_450mbar条件下生长50_120s，即在所述第二 Si掺杂的GaN垒层上生长得到所述第三In组分渐增InGaN量子阱层； (7)重复步骤(3)的操作，以在步骤(6)所述第三In组分渐增InGaN量子阱层上生长得到第三Si掺杂的GaN垒层； (8)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度为750°C、压力为450mbar条件下生长40-120S，即在步骤(7)所述第三Si掺杂的GaN垒层 上生长得到所述第一固定In组分的InGaN量子阱层； (9)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到840°C、压力为400mbar条件下生长40_100s,即在步骤(8)所述第一固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到所述第一 In组分递减InGaN量子垒层； (10)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长200-400S,即在步骤(9)所述第一 In组分递减InGaN量子阱层上生长得到第二 GaN垒层； (11)重复步骤(8)的操作，以在所述第二GaN垒层上生长得到所述第二固定In组分的InGaN量子阱层； (12)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到870°C、压力为400mbar条件下生长40_100s，即在步骤(12)所述第二固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到所述第二 In组分递减InGaN量子垒层； (13)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长200-400S，即在步骤(12)所述第二 In组分递减InGaN量子阱层上生长得到第三GaN垒层； (14)重复步骤(8)的操作，以在所述第三GaN垒层上生长得到所述第三固定In组分的InGaN量子阱层； (15)以TEGa为镓源、TMIn为铟源、NH3为氮源、H2为载气，在温度从750°C线性升高到870°C、压力为400mbar条件下生长40_100s，即在步骤(14)所述第三固定In组分的InGaN量子阱层上生长得到所述第三In组分递减InGaN量子垒层； (16)以TEGa为镓源、NH3为氮源、H2为载气，在温度840°C、压力400mbar条件下生长200-400S,即在步骤(15)所述第三In组分递减InGaN量子阱层上生长得到第四GaN垒层，即得所述InGaN基多量子阱结构； 在上述步骤中，控制TEGa流量为50-100sccm，TMIn为铟源的流量为30-100sccm，NH3流量为 4000-4500sccm，载气 H2 流量为 400_450sccm。
10.一种包括权利要求1-8任一所述InGaN基多量子阱结构的LED结构，其特征在于，沿生长方向依次为衬底、低温GaN成核层、高温未掺杂的U-GaN层、Si掺杂的n_GaN层、所述InGaN/GaN基多量子阱 结构、p-AlGaN电子阻挡层和Mg掺杂的ρ-GaN层。
【文档编号】H01L33/26GK103746052SQ201310736780
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】贾伟, 党随虎, 许并社, 李天保, 梁建, 董海亮 申请人:太原理工大学