一种发光二极管量子阱保护层的生长方法

本发明涉及半导体薄膜外延，尤其涉及一种发光二极管量子阱保护层的生长方法。

背景技术：

1、发光二极管（led，light emitting diode）是一种半导体发光器件，而量子阱是led器件的核心部分，它的生长方法是影响是长波段led光效的关键因素之一。量子阱是由ingan阱层，保护层以及gan势垒层组成。由于ingan阱层和gan势垒层之间存在巨大的晶格失配和热失配，随着in组分的增加，ingan阱层和gan势垒层之间的失配度加剧，在长波段下实现高质量发光有源区的难度明显增加。

2、在量子阱外延生长过程中，通常需要低温生长来获得高in组分，同时为了修复低温生长带来的相关缺陷，gan势垒层的生长温度要比ingan阱层的生长温度高约100-200℃。为了减少量子ingan阱层在升温过程中in发生分解、相分离等现象，通常需要在ingan阱层后生长一层盖层作为保护层。保护层的生长温度、组分、厚度及气压等对量子阱的质量和发光性能有很大的影响。

3、目前常用的量子阱保护层有gan保护层和algan保护层，许多的研究者发现algan保护层能够在高温垒生长过程中阻挡in分解和减少in组分波动，但是低温下生长algan保护层材料缺陷多，不利于提高长波段led的发光效率，高温下生长又容易促使ingan阱层中in发生分解，所以发明一种既能提高量子阱晶体质量又能阻挡高温下in的分解的保护层对量子阱的生长十分重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种发光二极管量子阱保护层的生长方法，通过采用渐变升温和al组分渐变减少的方式生长alxga1-xn保护层，在高温生长过程中有利于阻挡ingan阱层中in的分解以及提高量子阱的晶体质量，从而提高了长波段led的发光效率。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一种发光二极管量子阱保护层的生长方法，所述量子阱的单元结构自下而上包括ingan阱层，alxga1-xn保护层和gan势垒层，其特征在于包括以下生长步骤：

4、在t1温度下生长ingan阱层；

5、在生长alxga1-xn保护层过程中将温度从t1线性升高到t2，且使alxga1-xn保护层中al组分渐变减少；

6、升温至t3生长gan势垒层。

7、优选的，t1和t2的差值满足0℃＜t2-t1≤100℃。

8、优选的，所述alxga1-xn保护层的线性升温时间为t1，30s≤t1≤50s。

9、优选的，所述alxga1-xn保护层在渐变升温过程中通过调控铝源流量和镓源流量使al组分渐变减少，且0.3≤x＜1。

10、进一步的，使alxga1-xn保护层中al组分渐变减少的生长方法为镓源流量逐渐增加，铝源流量保持不变或逐渐减少。

11、进一步优选的，在生长alxga1-xn保护层过程中，所述镓源为三乙基镓，铝源为三甲基铝，三乙基镓的气流量从ingan阱层生长的m1 ml/min渐变增加到m2 ml/min，m2/m1≥2。

12、优选的，所述alxga1-xn保护层的厚度为h，10å<h<30å。

13、优选的，所述alxga1-xn保护层在生长过程中nh3，n2，以及生长气压与ingan阱层生长条件相同。

14、相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

15、相比较现有技术中单层的alxga1-xn保护层，采用递增温度和递减组分方式生长的alxga1-xn保护层，能阻挡高温下ingan阱层中的in的分解，提高ingan阱层的晶体质量，且有利于提高alxga1-xn保护层的晶体质量，为gan势垒的生长提供更好的界面，从而提高长波段led芯片的发光效率。

技术特征：

1.一种发光二极管量子阱保护层的生长方法，所述量子阱的单元结构自下而上包括ingan阱层，alxga1-xn保护层和gan势垒层，其特征在于包括以下生长步骤：

2.根据权利要求1所述的发光二极管量子阱保护层的生长方法，其特征在于： t1和t2的差值满足0℃＜t2-t1≤100℃。

3.根据权利要求1所述的发光二极管量子阱保护层的生长方法，其特征在于：所述alxga1-xn保护层的线性升温时间为t1，30s≤t1≤50s。

4.根据权利要求1所述的发光二极管量子阱保护层的生长方法，其特征在于：所述alxga1-xn保护层在渐变升温过程中通过调控铝源流量和镓源流量使al组分渐变减少，且0.3≤x＜1。

5.根据权利要求4所述的发光二极管量子阱保护层的生长方法，其特征在于：使alxga1-xn保护层中al组分渐变减少的生长方法为镓源流量逐渐增加，铝源流量保持不变或逐渐减少。

6. 根据权利要求5所述的发光二极管量子阱保护层的生长方法，其特征在于：在生长alxga1-xn保护层过程中，所述镓源为三乙基镓，铝源为三甲基铝，三乙基镓的气流量从ingan阱层生长的m1 ml/min渐变增加到m2 ml/min，m2/m1≥2。

7.根据权利要求1所述的发光二极管量子阱保护层的生长方法，其特征在于：所述alxga1-xn保护层的厚度为h，10å<h<30å。

8.根据权利要求1所述的发光二极管量子阱保护层的生长方法，其特征在于：所述alxga1-xn保护层在生长过程中nh3，n2，以及生长气压与ingan阱层生长条件相同。

技术总结
本发明提供了一种发光二极管量子阱保护层的生长方法，量子阱的单元结构自下而上包括InGaN阱层，Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑x</subgt;N保护层和GaN势垒层，其特征在于包括以下生长步骤：在T<subgt;1</subgt;温度下生长InGaN阱层；在生长Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑x</subgt;N保护层过程中将温度从T<subgt;1</subgt;线性升高到T<subgt;2</subgt;，且使Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑x</subgt;N保护层中Al组分渐变减少；升温至T<subgt;3</subgt;生长GaN势垒层。相比较现有技术中单层的Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑x</subgt;N保护层，采用递增温度和递减组分方式生长的Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑x</subgt;N保护层，能阻挡高温下InGaN阱层中的In的分解，提高InGaN阱层的晶体质量，且有利于提高Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑x</subgt;N保护层的晶体质量，为GaN势垒的生长提供更好的界面，从而提高长波段LED芯片的发光效率。

技术研发人员：李丹,张建立,高江东,王小兰,杨小霞
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10