[发明专利]一种LED外延生长方法和LED外延结构

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管领域，具体涉及一种LED外延生长方法和具有新型量子阱结构的发光二极管外延结构。

背景技术

外延结构的好坏是决定LED（Light Emitting Diode，发光二极管）芯片优劣的关键材料，而量子阱层又是外延层的最重要部分，其决定整个外延材料的发光波长与发光效率。目前传统的量子阱能级图如图1所示，图2为其生长温度图，图3为传统外延结构MQW（Multi Quantum-Well，多量子阱）区In（Indium，铟）流量设置示意图，量子垒和量子阱在一定时间内各自保持一定的生长条件。

由于量子垒和量子阱材料的差异，其晶格常数的失配会在量子阱层的界面产生非辐射缺陷，降低量子阱层的发光效率，影响LED器件的性能提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种LED外延生长方法和外延结构，以降低量子阱层的缺陷密度，提高发光二极管的发光效率。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种LED外延生长方法，包括：

在衬底表面上依次生长过渡层、第一半导体层、第二半导体层、量子阱层和第三半导体层；其中，所述量子阱层的生长过程为：

在第二半导体层上交替生长量子垒和量子阱，并且在量子垒和量子阱的交替生长过程中，量子垒的生长条件和量子阱的生长条件之间的转变采用逐渐过渡的方式。

上述LED外延生长方法的有益效果是：在量子阱层的生长过程中，量子垒和量子阱的生长条件采用逐渐过渡的方式，使得生长出来的量子垒和量子阱之间的材料成分产生了逐渐过渡的效果，减小了晶格常数的失配，避免了在量子阱层的界面上产生非辐射缺陷，提高了量子阱层的发光效率，提升了LED器件的性能。

在上述LED外延生长方法的基础上，本发明还可以进行以下优选的改进。

进一步，所述生长条件为温度条件和/或TMIn流量条件。

其中，TMIn为三甲基铟（分子式为In(CH₃)₃），其英文名为Trimethylindium，用于外延生长、有机合成、化学气相淀积等。

进一步，所述量子阱的组成为In_xGa_1-xN，其中0＜x≤1；所述量子垒的组成为In_yGa_1-yN，其中0≤y＜1；且x＜y。

进一步，所述量子阱层的生长过程为：

在第二半导体层上，先在750～850℃下生长10～100nm厚度的量子垒；再将温度在3～10分钟内下降到650～750℃；在650～750℃下生长1～5nm厚度的量子阱后，再将温度在3～10分钟后上升到750～850℃下生长10～100nm厚度的量子垒；如此进行1～100个周期。

进一步，在上述量子阱层的生长过程中，将温度在3～10分钟内下降到650～750℃的同时，TMIn流量可以在100～500sccm范围内固定不变，或者TMIn流量可以在100～500sccm范围内从低到高变化；将温度在3～10分钟后上升到750～850℃的同时，TMIn流量可以在100～500sccm范围内固定不变，或者TMIn流量可以在100～500sccm范围内从高到低变化。

进一步，所述量子阱层的生长过程还可以为：

在第二半导体层上，先在750～850℃下生长10～100nm厚度的量子垒；再将温度在3～10分钟内下降到650～750℃；再将温度在3～10分钟内上升到750～850℃下生长10～100nm厚度的量子垒；如此进行1～100个周期；最后，在750～850℃下生长10～100nm厚度的量子垒。

进一步，在上述量子阱层的生长过程中，将温度在3～10分钟内下降到650～750℃的同时，TMIn流量可以在100～500sccm范围内固定不变，或者TMIn流量可以在100～500sccm范围内从低到高变化；将温度在3～10分钟内上升到750～850℃的同时，TMIn流量可以在100～500sccm范围内固定不变，或者TMIn流量可以在100～500sccm范围内从高到低变化。