N衬底(或GaN/Al203复合衬底)，升温至1050°C，在反应室压力100切^-300切^，在H2气氛下，生长2-4微米厚n-GaN层102 ;在氮气(N2)气氛下,在820摄氏度下生长5个周期的n-(3nm) InatJ5Gaa95N/ (3nm) GaN电流扩展层103,电子浓度为118Cm3 ;接着生长10周期(3nm)Inai5GaQ.S5N/(12nm)GaN多量子阱有源层104，在该有源层上，在 820°C下生长 10 个周期的 p-(3nm) Inx3Ga1 x3N/(3nm)GaN/(3nm)Aly3Ga1 y3N 超晶格空穴扩展层105，其中In组分X3随空穴扩展层周期数增加从0.1梯度减少至0.01 (通过控制TMIn的流量，In组分X3随周期数增加分别为:0.1,0.09,0.08,0.07,0.06,0.05,0.04、
0.03,0.02,0.01);其中Al组分y3随空穴扩展层周期数增加从0.05梯度增加至0.14 (通过控制TMAl的流量，Al组分y3随周期数增加分别为:0.05,0.06,0.07,0.08,0.09,0.1,0.11、
0.12,0.13,0.14);空穴浓度随空穴扩展层周期数增加从117Cm 3梯度增加到10lscm 3 ;接着在N2气氛下，在950摄氏度下生长20纳米厚，空穴浓度为118Cm 3的p_Ala 15GaQ.S5N电子阻挡层106，最后在H2气氛下，在950-1040°C下生长厚度为200纳米的p_GaN层107。
[0019]实施例2
[0020]使用Aixtron公司，紧耦合垂直反应室MOCVD生长系统。生长过程中使用三甲基镓(TMGa)，三甲基铟(TMIn)，三甲基铝(TMAl)作为III族源，氨气(NH3)作为V族源，硅烷(SiH4)作为η型掺杂源，二茂镁(Cp2Mg)作为ρ型掺杂源，首先将GaN衬底(或GaN/Al2O3复合衬底)201放入金属有机化合物气相外延反应室中，在氢气(H2)气氛下，升温至700 V，向反应室中通入NH3,保护GaN衬底(或GaN/Al203复合衬底)，升温至1050°C，在反应室压力100torr-300torr，在H2气氛下，生长2_4微米厚n_GaN层202 ;在氮气(N2)气氛下,在820摄氏度下生长5个周期的n-(3nm) InQ.Q5Gaa95N/(3nm)GaN电流扩展层203,电子浓度为118Cm 3 ;接着在氮气(N2)气氛下，在750摄氏度下生长10周期(3nm) Inai5Gaas5N/(12nm) GaN多量子阱有源层204，在该有源层上，在820°C下生长10个周期的p- (3nm)Aly3Inx3Ga1 x3 y3N/(3nm) GaN/(3nm) Aly3Ga1 y3N 超晶格空穴扩展层 205，其中 In 组分 X3 随空穴扩展层周期数增加从0.1梯度减少至0.01 (通过控制TMIn的流量，In组分X3随周期数增加分别为:0.1,0.09,0.08,0.07,0.06,0.05,0.04,0.03,0.02,0.01);其中 Al 组分 y3 随空穴扩展层周期数增加从0.05梯度增加至0.14 (通过控制TMAl的流量，Al组分y3随周期数增加分别为:0.05,0.06,0.07,0.08,0.09,0.1,0.11,0.12,0.13,0.14);空穴浓度随空穴扩展层周期数增加从117Cm 3梯度增加到118Cm 3 ;接着在N2气氛下，在950摄氏度下生长20纳米厚，空穴浓度为118Cm3的P-Alai5Gaas5N电子阻挡层206，最后在H2气氛下，在950-1040°C下生长厚度为200纳米的ρ-GaN层207。
[0021]实施例2中超晶格结构空穴扩展层除了采用P-Aly3Inx3Ga1 x3 y3N/GaN/Aly3Ga1 y3N超晶格结构以夕卜，可采用专利说明书中其他结构如=P-Aly2Inx2Ga1 x2 y2N/Aly2Ga1 y2N(0<y2 ( 0.15，0〈x2 彡 x)超晶格结构 ^-1nx3Ga1 x3N/GaN/Aly3Gai y3N(0〈x3 ( x，0〈y3 ( 0.15)超晶格结构；采用这些结构的空穴扩展层可以有效提高发光效率，达到与实施例2中LED芯片相近的效果。如图3所示，采用本发明实施例1和实施例2技术方案制作的高亮度同质LED芯片(LED1和LED2)，与没有空穴扩展层的同质衬底LED芯片(LED3)相比，显示优异的光电性质，其发光效率明显提高。
[0022]以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其描述较为具体和详细，其目的仅在于使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据此实施，而不是以此限定本发明的专利范围。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，但凡依据本发明思路所作的改进和变种，均涵盖在本发明的专利范围内。
【主权项】
1.一种采用MOCVD技术在GaN衬底或GaN/Al203复合衬底上制备高亮度同质LED的方法，其特征在于，在InGaN/GaN多量子阱有源层和p_GaN之间，优化生长新型的Al组分、In组分以及P掺杂梯度变化的空穴扩展层(P型扩展层)，该方法包括以下步骤: 步骤一，将GaN衬底或GaN/Al203复合衬底放入金属有机化合物气相外延反应室中，在氢气(H2)气氛下，升温至700°C，向反应室中通入NH3，保护GaN衬底或GaN/Al203复合衬底，升温至1050°C，在反应室压力100torr-300torr，在H2气氛下，生长2_4微米厚n_GaN层； 步骤二，在氮气(N2)气氛下，在820°C，生长5-10个周期的I1-1nxlGa1 xlN/GaN(0<Xl ^ x,0〈x ( 0.15)超晶格电流扩展层，其中电流扩展层中In组分小于有源区中In组分，；在N2气氛下，在750°C至850°C，生长5-10周期InxGa1 xN/GaN(0<x ^ 0.15)多量子阱有源层；在有源层之上，在H2、N2混合气氛下，在780°C _850°C，生长Al组分、In组分以及p掺杂梯度变化的超晶格空穴扩展层(P型扩展层)；接着在H2气氛下，在950°C，生长P-AlGaN电子阻挡层； 步骤三，在H2气氛下，在950°C -1040°C，生长ρ-GaN层。2.根据权利要求1所述的一种采用MOCVD技术在GaN衬底或GaN/Al203复合衬底上制备高亮度同质LED的方法，其特征在于:所述空穴扩展层为P-AlylInxlGa1 yl χ1Ν(0<Υι ( 0.15，(Kx1 ( x)单层结构，单层厚度15nm-30nm,其中Al组分、In组分以及p型掺杂浓度随空穴扩展层生长厚度的增加而梯度变化。3.根据权利要求1所述的一种采用MOCVD技术在GaN衬底或GaN/Al203复合衬底上制备高亮度同质LED的方法，其特征在于:所述空穴扩展层为多周期(周期数为I至10)P-Aly2Inx2Ga1 x2 y2N/Aly2Gai y2N(0〈y2 ( 0.15，0〈x2 ( x)超晶格结构，其中 Al 组分、In 组分以及P型掺杂浓度随空穴扩展层生长周期的增加而梯度变化。4.根据权利要求1所述的一种采用MOCVD技术在GaN衬底或GaN/Al203复合衬底上制备高亮度同质LED的方法，其特征在于:所述空穴扩展层为多周期(周期数为I至10)P-1nx3Ga1 x3N/GaN/Aly3Gai y3N(0<x3 ( x，0〈y3 ( 0.15)超晶格结构，其中 Al 组分、In 组分以及P型掺杂浓度随空穴扩展层生长周期的增加而梯度变化。5.根据权利要求1所述的一种采用MOCVD技术在GaN衬底或GaN/Al203复合衬底上制备高亮度同质LED的方法，其特征在于:所述空穴扩展层为多周期(周期数为I至10)P-Aly4Inx4Ga1 x4 ^/Ga1NZAly4Ga1 y4N(0<y4 ( 0.15，0〈x4 ( x)超晶格结构，其中 Al 组分、In组分以及P型掺杂浓度随空穴扩展层生长周期的增加而梯度变化。
【专利摘要】发明提供一种采用MOCVD技术在GaN衬底或GaN/Al2O3复合衬底上制备具有新型空穴扩展层结构的同质LED的方法。具体方案:在InGaN/GaN多量子阱有源层和p-GaN层之间，优化设计其中Al组分、In组分以及p型掺杂浓度随生长厚度或周期增加而梯度变化的空穴扩展层：如组分及掺杂渐变的单层p-AlInGaN空穴扩展层；或多周期组分及掺杂渐变p-AlInGaN/AlGaN超晶格结构空穴扩展层；或多周期组分及掺杂渐变p-InGaN/GaN/AlGaN超晶格结构空穴扩展层；或多周期组分及掺杂渐变p-AlInGaN/InGaN/AlGaN超晶格结构空穴扩展层；通过优化生长所述空穴扩展层的方法，改善LED电流扩展效果，有效提高同质LED发光效率。本发明看好其应用前景。
【IPC分类】H01L33/32, H01L33/00
【公开号】CN105449051
【申请号】CN201410421676
【发明人】贾传宇, 殷淑仪, 张国义, 童玉珍
【申请人】东莞市中镓半导体科技有限公司, 北京大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年8月25日