InGaN/GaN量子阱结构及LED外延片制备方法与流程

本发明涉及氮化镓基发光器件制备领域，并且更具体地涉及一种ingan/gan量子阱结构及led外延片制备方法。

背景技术：

ingan/gan量子阱结构是氮化镓基发光器件的核心。要想使该氮化镓基发光器件具有较高的发光效率，必须保证该ingan/gan量子阱结构具有较高的界面陡峭度、其内较高的in组分分布的均匀性以及其较低的外延层缺陷密度。

然而，在一般情况下，由于pullingeffect，in组分在外延生长过程中趋于表面分布，会在ingan阱层表面形成一个富in层，使得该ingan/gan量子阱结构具有较低的界面陡峭度、其内较低的in组分分布的均匀性以及其较高的外延层缺陷密度，这也会继而影响接下来生长的外延层的生长质量以及界面质量，从而严重影响器件的发光效率。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种ingan/gan量子阱结构及led外延片制备方法，以至少部分解决上述的技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种ingan/gan量子阱结构的制备方法，包括：

生长gan垒层；

在gan垒层上生长一个或多个周期的ingan阱层/gan垒层的交替结构；

在ingan阱层/gan垒层的交替结构的生长过程中，在生长gan垒层时通入含氢气的反应气体。

在一些实施例中，在ingan阱层/gan垒层的交替结构中，在ingan阱层与gan垒层之间生长盖层。

在一些实施例中，在各ingan阱层/gan垒层的交替结构生长时，gan垒层与ingan阱层的生长温度相同且为700-800℃。

在一些实施例中，在通入含氢气的反应气体时，通入氢气的持续时间小于或等于gan垒层的生长时间。

在一些实施例中，在通入含氢气的反应气体时，反应气体中通入的氢气的流量为大于0且小于等于50标准毫升/分钟。

在一些实施例中，在ingan阱层/gan垒层的交替结构的生长过程中，在生长gan垒层时，通入氢气的持续时间以及流量相同。

本发明所提供的一种ingan/gan量子阱结构，采用权利要求1-6任一所述方法制备。

根据本发明的另一个方面，提供了一种led外延片的制备方法，该方法包括步骤：

在衬底上生长gan缓冲层；

在该gan缓冲层上生长高温非故意掺杂gan层；

在该gan层上生长n型gan层；

在该n型gan层上生长ingan/gan量子阱发光层结构，包括：

生长gan垒层；

在该gan垒层上生长一个或多个周期的ingan阱层、gan垒层；

以及

在该ingan/gan量子阱发光层结构上生长p型gan层。

在一些实施例中，衬底为蓝宝石衬底。

在一些实施例中，gan缓冲层的生长温度为500-550℃，并且高温非故意掺杂gan层的生长温度为1000-1050℃。

在一些实施例中，gan缓冲层的厚度在20-30nm的范围内，gan层的厚度在1-2微米的范围内，n型gan层的厚度在1-2微米的范围内，并且p型gan层的厚度在0.1-1微米的范围。

在一些实施例中，在特定波长范围内，该led外延片的发光效率高于采用常规方法生长的led外延片。

本发明提供的一种led外延片，采用权利要求8-12任一所述方法制备。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明的ingan/gan量子阱结构及led外延片制备方法具有以下有益效果其中之一：

(1)在生长ingan/gan量子阱结构的gan垒层的过程中，通入氢气，以腐蚀掉在ingan阱层表面富集的in组分，提高了ingan/gan量子阱结构的界面陡峭度，提高了其内in组分分布的均匀性并且降低了其外延层缺陷密度，从而提高氮化镓基发光器件的发光效率；

(2)解决in组分在ingan/gan量子阱结构的表面富集的问题只需要在生长ingan/gan量子阱结构的gan垒层的过程中通入氢气并通过调整通入氢气的持续时间以及流量来控制ingan/gan量子阱结构内的in组分分布的均匀性，简单实用且可操作性强。

附图说明

通过附图所示，本公开的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本公开的主旨。

图1为根据本发明的实施例的ingan/gan量子阱结构的结构示意图；

图2为根据本发明的实施例的每个ingan/gan量子阱结构的制备方法的流程图；

图3为根据本发明的实施例的ingan/gan量子阱结构在特定温度范围内生长的情况下通入氢气的时间示意图；

图4为根据本发明的实施例的led外延片的结构示意图；

图5为根据本发明的实施例的led外延片的制备方法的流程图；以及；

图6为采用本发明方法生长的绿光led外延片和常规方法生长的led外延片(对比片)的发光强度与波长的对比曲线图。

<附图标记说明>

401-蓝宝石衬底，402-gan缓冲层、403-高温非故意掺杂gan层，404-n型gan层，405-ingan/gan量子阱发光层，406-p型gan层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

当前，ingan/gan量子阱结构是氮化镓基发光器件的核心。要想使该氮化镓基发光器件具有较高的发光效率，必须保证ingan/gan量子阱结构具有较高的界面陡峭度、其内较高的in组分分布的均匀性以及其较低的外延层缺陷密度。

然而，在一般情况下，由于pullingeffect，in组分在外延生长过程中趋于表面分布，会在ingan阱层表面形成一个富in层，使得该ingan/gan量子阱结构具有较低的界面陡峭度、其内较低的in组分分布的均匀性以及其较高的外延层缺陷密度，这也会继而影响接下来生长的外延层的生长质量以及界面质量，从而严重影响器件的发光效率。基于此，本发明提供的一种ingan/gan量子阱结构及led外延片制备方法可提高ingan/gan量子阱结构的界面陡峭度，提高其内in组分分布的均匀性并且降低其外延层缺陷密度，从而提高氮化镓基发光器件的发光效率。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种ingan/gan量子阱结构的制备方法。

如图1所示，图1为至少一个ingan/gan量子阱结构的结构示意图，该至少一个ingan/gan量子阱结构中的每个ingan/gan量子阱结构可包括gan垒层、ingan阱层以及盖层。

在现有技术中，在ingan/gan量子阱结构的每个ingan/gan量子阱结构的生长过程中，由于pullingeffect，in组分在外延生长过程中趋于表面分布，会在ingan阱层表面形成一个富in层，使得该ingan/gan量子阱结构具有较低的界面陡峭度、其内较低的in组分分布的均匀性以及其较高的外延层缺陷密度，这也会继而影响接下来生长的外延层的生长质量以及界面质量，从而严重影响器件的发光效率。

本发明的实施例对现有技术进行了改进，如图2所示，其提供了根据本发明的实施例的每个ingan/gan量子阱结构的制备方法的流程图。其中ingan/gan量子阱结构的制备方法包括生长n个ingan/gan量子阱结构，其中n≥1且为整数，该n个ingan/gan量子阱结构中的每个ingan/gan量子阱结构的生长步骤包括：

步骤201，在预设基础结构上生长gan垒层。

其中，在每个ingan/gan量子阱结构的gan垒层的生长过程中，如图3所示，在tmga、氨气以及氮气流量保持不变的情况下(即在ga源和n源均处于打开状态的情况下，其中tmga为ga源，氨气和氮气为n源)通入氢气，以腐蚀掉在ingan阱层表面富集的in组分。其中通入氢气的持续时间小于或等于gan垒层的生长时间，通入氢气的流量为大于0且小于等于50标准毫升/分钟。

在步骤201完成之后，如图3所示，打开之前处于关闭状态的in源，即此时ga源、in源和n源均处于打开状态，然后进行步骤202。

步骤202，在gan垒层上生长ingan阱层。

如图3所示，在ingan阱层生长之后，关闭in源，使得只有ga源和n源处于打开状态，然后在ingan阱层上生长盖层。

步骤203，在ingan阱层上生长盖层。

其中，该盖层阻止ingan阱层中的in被过多蒸发出量子阱层，对于提高发光元器件的发光效率具有辅助作用。

其中，在每个ingan/gan量子阱结构的ingan阱层和盖层的生长过程中，保持无氢气通入，而其他生长参数与生长第一gan垒层相比保持不变。

这样，就形成了一个ingan/gan量子阱结构，可根据需要按照同样的方法生长多个ingan/gan量子阱结构。其中在生长gan垒层时，通入氢气的持续时间以及流量可相同或不同。通过本发明的方法制备的ingan/gan量子阱结构，由于在gan垒层的生成过程中通入氢气以腐蚀掉在ingan阱层表面富集的in组分，因此，提高了ingan/gan量子阱结构的界面陡峭度，提高了其内in组分分布的均匀性并且降低了其外延层缺陷密度，从而提高了氮化镓基发光器件的发光效率。

在本发明的又一实施例中，提供了一种led外延片的制备方法。如图4所示，该led外延片自下而上依次包括衬底401、gan缓冲层402、高温非故意掺杂gan层403、n型gan层404、ingan/gan量子阱发光层405以及p型gan层406。在此处可知，当n＝i时，前文所述的预设基础结构为n型gan层504；当n≥2且为整数时，第一个ingan/gan量子阱结构的预设基础结构为n型gan层504，并且第二个ingan/gan量子阱结构到第n个ingan/gan量子阱结构的预设基础结构为上一个ingan/gan量子阱结构。

进一步地，图5示出了根据本发明的实施例提供的led外延片的制备方法的流程图。如图5所示，该led外延片的制备方法包括步骤：步骤501，在衬底401上生长gan缓冲层402；步骤502，在gan缓冲层402上生长高温非故意掺杂gan层403；步骤503，在高温非故意掺杂gan层403上生长n型gan层404；步骤504，在n型gan层404上生长ingan/gan量子阱发光层405；以及步骤505，在ingan/gan量子阱发光层405上生长p型gan层406。

其中，在步骤504中，根据图2所描述的方式生长该ingan/gan量子阱发光层405。

优选地，衬底401为蓝宝石衬底。

优选地，gan缓冲层的生长温度为500-550℃，并且在gan缓冲层上生长的gan层的生长温度为1000-1050℃。

优选地，gan缓冲层402的厚度在20-30nm的范围内，gan层403的度在1-2微米的范围内，并且p型gan层406的厚度在0.1-1微米的范围内。

图6为采用本发明方法生长的绿光led外延片和采用常规方法生长的led外延片(对比片)的发光强度与波长的对比曲线图。

如图6所示，随着波长从400nm-650nm的变化过程中，与采用常规方法生长的led外延片(对比片)相比，采用本发明方法生长的绿光led外延片的发光强度在475nm-525nm的波长范围内明显更高，尤其是在500nm的波长下，采用本发明方法生长的绿光led外延片的发光强度相比于采用常规方法生长的led外延片(对比片)达到峰值，这说明采用本发明方法生长ingan/gan量子阱结构可提高其界面陡峭度，提高其内in组分分布的均匀性并且降低其外延层缺陷密度，从而提高氮化镓基发光器件的发光效率。

尽管上述实施例阐述了诸多细节，然而，此等细节不应被理解为是对已主张发明或可主张内容的范围的限制，而仅是对特定实施例所特有的特征的说明。

综上所述，由于在根据本发明方法制备的多个ingan/gan量子阱结构中的每个ingan/gan量子阱结构的gan垒层的生长过程中，在tmga、氨气以及氮气流量保持不变的情况下通入氢气，以腐蚀掉在ingan/gan量子阱结构表面富集的in组分，并且在ingan阱层和盖层的生长过程中保持无氢气通入，而其他生长参数不变，解决了ingan阱层表面in组分富集的问题，提高了ingan/gan量子阱结构的界面陡峭度，提高了其内in组分分布的均匀性并且降低了其外延层缺陷密度，从而达到提高了氮化镓基发光器件的发光效率的效果。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有了清楚的认识。但值得注意的是，在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，所述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。