[发明专利]提高载流子复合效率的复合量子阱结构及其制备方法

权利要求书

1.一种提高载流子复合效率的复合量子阱结构，该发光二极管外延片的结构从下向上依次为，衬底层、氮化镓低温缓冲层、未掺杂的高温氮化镓层、Si掺杂的n型氮化镓层、多量子阱结构MQW 、p型铝镓氮电子阻挡层、p型氮化镓层、p型氮化镓接触层，其特征在于：多量子阱结构MQW从下往上依次包括高温多量子阱结构、低温浅量子阱结构、低温发光多量子阱结构。

2.根据权利要求1所述提高载流子复合效率的复合量子阱结构，其特征在于：高温浅量子阱结构包括2至8个周期的In_xGa_1-xN/GaN0 ＜x＜0.5多量子阱，阱的厚度在2nm至3nm之间，垒的厚度在15至25nm之间，其中阱和垒的生长温度相同，在820℃至920℃之间；生长压力相同，在100Torr至500Torr之间。

3.根据权利要求1所述提高载流子复合效率的复合量子阱结构，其特征在于：低温浅量子阱结构MQW 包括2至15个周期的In_yGa_1-yN/GaN   0＜y＜0.5多量子阱；阱的厚度在1nm至3nm之间，生长温度在720℃至820℃之间；垒的厚度在10至25nm之间，生长温度在820℃至920℃之间，2至15个周期的In_yGa_1-yN  0＜y＜0.5的厚度可以一样的，也可以是逐渐变厚或者逐渐变薄或者是厚薄交替的。

4.根据权利要求1所述提高载流子复合效率的复合量子阱结构，其特征在于：低温发光多量子阱结构MQW 包括1至10个周期的In_yGa_1-yN/GaN  0＜y＜0.5 多量子阱组成；阱的厚度在2nm至5nm之间，生长温度在720℃至820℃之间；垒的厚度在10至25nm之间，生长温度在820℃至920℃之间；1至10个周期的In_yGa_1-yN  0＜y＜0.5的厚度可以一样的，也可以是逐渐变厚或者逐渐变薄或者是厚薄交替的。

5.根据权利要求1或2所述提高载流子复合效率的复合量子阱结构，其特征在于：高温浅量子阱结构中的阱In_xGa_1-xN层的生长温度较低温浅量子阱结构的阱In_yGa_1-yN的生长温度要高。

6.根据权利要求1所述提高载流子复合效率的复合量子阱结构，其特征在于：高温浅量子阱结构中的阱In_xGa_1-xN层x范围为0＜x＜0.5，低温浅量子阱结构的阱In_yGa_1-yN中y范围为0＜y＜0.5，并且有x＜y。

7.根据权利要求1或4所述提高载流子复合效率的复合量子阱结构的制备方法，其特征在于：低温发光量子阱结构中每一个阱的厚度较低温浅量子阱结构中任意一个阱的厚度要厚。

8.一种提高载流子复合效率的复合量子阱结构的制备方法，其步骤：

⑴首先将衬底材料在氢气气氛里进行退火1-10分钟，清洁衬底表面，温度控制在1050℃与1180℃之间，然后进行氮化处理；

⑵将温度下降到450℃与600℃之间, 生长15至35 nm厚的低温GaN成核层，此生长过程时，生长压力在400 Torr至600Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在500至3000之间；

⑶低温缓冲层生长结束后，对低温缓冲层在原位进行退火处理，退火温度在1000-1200℃之间，时间在5分钟至10分钟之间；

⑷退火之后，将温度调节到1000℃至1200℃之间，生长厚度为0.8μm至5μm的u-GaN层，此生长过程时，生长压力在100 Torr至760 Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至3000之间；

⑸u-GaN 3生长结束后，生长一层Si掺杂的n-GaN层，厚度在1-5μm之间，生长温度在1000℃至1200℃之间，生长压力在50 Torr至760 Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至3000之间，Si掺杂浓度在10¹⁷ cm^-3-10¹⁹ cm^-3之间；

⑹n-GaN层生长结束后，开始生长高温多量子阱结构MQW 501，高温多量子阱结构MQW 501由2至8个周期的In_xGa_1-xN/GaN  0＜x＜0.5 多量子阱组成；阱的厚度在2nm至3nm之间，垒的厚度在15至25nm之间，其中阱和垒的生长温度相同，在820℃至920℃之间；生长压力相同，在100Torr至500Torr之间；Ⅴ/Ⅲ摩尔比相同，在300至5000之间；

⑺高温多量子阱结构MQW 501生长结束后，开始生长低温浅量子阱结构MQW 502，低温浅量子阱结构MQW包括2至15个周期的In_yGa_1-yN/GaN  0＜y＜0.5多量子阱；阱的厚度在1nm至3nm之间，生长温度在720℃至820℃之间，生长压力在100Torr至500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至5000之间；垒的厚度在10至25nm之间，生长温度在820℃至920℃之间，生长压力在100Torr至500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至5000之间；

⑻低温浅量子阱结构MQW生长结束后，开始生长低温发光量子阱结构MQW，低温发光多量子阱结构MQW 包括1至10个周期的In_yGa_1-yN/GaN    0＜y＜0.5多量子阱组成；阱的厚度在2nm至5nm之间，生长温度在720℃至820℃之间，生长压力在100Torr至500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至5000之间；垒的厚度在10至25nm之间，生长温度在820℃至920℃之间，生长压力在100Torr至500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在300至5000之间；

⑼低温发光多量子阱结构MQW生长结束后，将温度升至800℃至1080℃之间，生长压力50Torr至200Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比1000至20000之间，生长厚度10nm 至200nm之间的p-Al_zGa_1-zN  0.1＜z＜0.5 电子阻挡层；该层禁带宽度大于最后一个barrier的禁带宽度，可控制在4eV与5.5eV之间；

⑽p-Al_zGa_1-zN  0.1＜z＜0.5电子阻挡层生长结束后，生长一层厚度在0.1μm至0.8μm之间的p型氮化镓层，其生长温度在850℃至1080℃之间，生长气压在100 Torr-300 Torr之间；

⑾p型氮化镓层结束后，生长一层厚度在0.05-0.3μm的P型接触层，其生长温度在850℃至1050℃之间，生长压力100Torr至300Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比介于1000至20000之间；

外延生长结束后，将反应腔的温度降至650至850℃之间，纯氮气氛围中退火处理5至15分钟，然后降至室温，结束外延生长；然后对生长的外延片进行清洗、沉积、光刻和刻蚀等半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。