[发明专利]一种氮化镓基Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体LED外延片及其生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED领域，更具体地涉及一种氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片及其生长方法。 

背景技术

高亮度发光二极管(LED)作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，由于其具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高、以及使用电压低、功耗低等优点，正在迅速广泛地得到应用。 

以GaN为基础的高亮度发光二极管(LED)在生活中的应用随处可见，如交通信号灯、手机背光源、户外全彩显示屏、城市景观照明、汽车内外灯、隧道灯等。随着GaN基LED亮度的不断提高，LED的应用范围从传统的小型发光产品逐步变化为家用照明产品。 

LED发出的光由于具有单色性，不需外加彩膜(滤光片)，而使其发光效率比常见的需要加彩膜使用的白炽灯高出许多，正是由于LED的效率高、省电使其逐步取代白炽灯。然而。目前白光LED的应用并没有被普及，这是因为白光LED的光效依然没有得到良好的利用。而提高外延片的发光效率最主要的方法是提高内量子效率，目前，GaN基LED外延片的理论内量子效率为100％，现有技术只能达到30％左右，这限制了LED光源应用到更广的领域，也限制了LED光源的普及。 

目前，以GaN为基的III-V族化合物半导体LED的外延生长主要用有机化学金属气相淀积法(MOCVD)来实现。结合图1中GaN基LED外延片的结构示意图，进一步阐述现有技术中利用MCOVD生长氮化物(GaN、AlN、InN等)的方法，该方法包括如下步骤： 

以高纯的H₂或N₂或氢氮混合气体作为载气，在压力为76-780Torr，在1000-1100℃高温处理蓝宝石衬底5-20分钟； 

将温度降至480-550℃，在蓝宝石衬底1′上生长厚度为20-40nm的低温缓冲氮化镓层2′； 

升高温度至1000-1100℃，在低温缓冲氮化镓层2′上持续生长1-2.5μm的不掺杂氮化镓层3′(uGaN)； 

保持温度，在不掺杂氮化镓层3′上持续生长2-4μm的n型掺Si的氮化镓层4′(nGaN)； 

如图1和图2所示，升高温度至T1’，T1’＝700℃-800℃，在n型掺Si的氮化镓层4′上生长掺铟的氮化镓阱层51′，升高温度至T3’，T3’＝800℃-1000℃，在掺铟的氮化镓阱层51′上生长不掺杂氮化镓垒层53′，阱层与垒层组成一组量子阱垒，重复生长多组量子阱垒，形成有源层； 

在完成有源层的生长后，将温度升高到950-1050℃持续生长20-80nm的p型铝镓氮层6′； 

降低温度至900-1000℃，在p型铝镓氮层6′上持续生长0.1-0.5μm的掺镁的p型氮化镓层7′； 

降低温度至600-700℃，在掺镁的p型氮化镓层7′上生长5-10nm的低温掺镁铟镓氮层8′； 

降低温度至600-750℃，在氮气气氛下，持续时间10-30分钟，活化p型铝镓氮层。 

以GaN为基础的III-V族化合物半导体LED相比传统照明具有不可比拟的优势，但是目前LED要在照明领域上完全替代其他光源，还需要解决光效不理想，内量子效率不高，亮度偏低等问题。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种发光效率较高的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片。 

本发明的另一个目的是提供一种氮化镓基LED外延片的生长方法，其具有工艺简单，效果显著的特点。 

本发明是通过如下方案实施的：一种氮化镓基LED外延片，包括有源层，有源层由一个或多个量子阱垒组成，量子阱垒自下而上依次包括阱层、第一垒层、第二垒层。 

根据本发明的进一步改进，上述阱层的生长温度为T1，上述第一垒层的生长温度为T2，上述第二垒层的生长温度为T3，其中，T1＜T2＜T3。 

根据本发明的进一步改进，上述T2满足如下关系式：T1+10℃≤T2≤T1+100℃。 

根据本发明的进一步改进，上述T3满足如下关系式：T2+10℃≤T3≤T2+100℃。 

根据本发明的进一步改进，上述T 1满足如下关系式：700℃＜T1＜800℃。 

根据本发明的进一步改进，上述第一垒层的生长厚度为20-200nm。 

根据本发明的进一步改进，上述第二垒层的生长厚度为20-200nm。 

根据本发明的进一步改进，上述有源层包括1-20组所述量子阱垒。