[发明专利]一种提高GaN基LED发光效率的外延方法

说明书

技术领域

本发明涉及GaN基材料的外延生长，尤其涉及GaN基蓝绿光发光二极管的外延生长。

背景技术

发光二极管（LED, Light Emitting Diode）具有长寿、节能、环保、可靠性高等优点，并且近年来，LED在大屏幕彩色显示、交通信号灯和照明等领域发挥了越来越重要的作用。但要在全彩屏显示和照明领域发挥更大的作用，LED的亮度还有待进一步的提升。

目前绝大多数GaN基蓝绿光LED都是采用金属有机化合物气相沉积方法（MOCVD: Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）异质外延生长在蓝宝石（Al2O3）衬底上，但由于GaN和蓝宝石衬底间具有大的晶格常数和热膨胀系数失配，会在界面处产生强的应力作用以及大量的位错和缺陷，对于目前通用的蓝绿光LED外延结构，如图1所示，这些位错和缺陷会延伸至样品外延层表面，密度高达1×1019 /cm3，严重影响了材料的内量子效率。

因此，采用特殊的外延方法降低GaN外延层中的应力和缺陷密度，提高量子阱区材料的晶体质量，是提高LED内量子效率的有效途径。

发明内容

本发明是通过采用特殊的外延生长方法降低量子阱前外延层中的应力和缺陷密度，以阻止其继续延伸至量子阱有源区，从而达到提高量子阱区材料的晶体质量，进而提升内量子效率的目的。

本发明的技术方案为：  一种提高GaN基LED发光效率的外延生长方法，该芯片包括衬底以及依次层叠于衬底上的缓冲层、u-GaN层、n型 GaN、n型电流扩展层、n型空间层、量子阱有源区、p型电子阻挡层、p-GaN、接触层，其特征在于：在n型电流扩展层和n型空间层之间先通入具有表面处理作用的气体进行表面处理，表面处理的时间为10s～20min，具有表面处理作用的气体可以是SiH4、H2、CH4、NH3或CP2Mg，处理温度700℃～1100℃。然后再通过生长条件的控制将表面恢复平整，在n型电流扩展层与n型空间层之间形成表面处理层、n型表面恢复层。n型表面恢复层；先生长10s～10min的成核层；然后生长约3～500?厚的掺Si的n GaN层。n型GaN空间层的厚度约1～100nm。之后再开始生长量子阱有源区。

本发明的优点在于：在生长完量子阱有源区前的n型InGaN电流扩展层后，通过通入具有表面处理作用的气体将从蓝宝石衬底和GaN界面延伸至该层的缺陷进行处理，以减少该层中的缺陷密度，另外缺陷减少的同时有利于外延层中应力的释放；虽然通过具有表面处理作用的气体处理的n型电流扩展层表面会呈现较小的不平整的坑现象，如图3所示，这可以通过控制外延生长条件有效的将样品表面恢复平整，即先生长成核层，然后再通过控制外延生长条件，增强二维生长模式，生长一层n型层将样品表面恢复平整；随后开始在低应力和低缺陷密度的n型GaN层上生长n型GaN空间层和量子阱有源区，从而降低应力和缺陷对量子阱有源区的影响，提高内量子效率。

附图说明

图1是传统的GaN基蓝绿光LED外延结构；

图2是本发明的实施例的GaN基蓝绿光LED外延结构；

图3是SiH4气体处理后的n型电流扩展层截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例以GaN基蓝光LED外延生长为例，具体说明本发明的LED外延生长方法的步骤。以下生长过程均是采用MOCVD法在MOCVD反应腔中进行的。

实施例一：

1）              将（0001）晶向的蓝宝石衬底200放置石墨盘上并送入反应腔中，加热至1060℃对蓝宝石衬底进行5min的热处理。

2）              降温至540℃生长约30～70nm厚的低温缓冲层201。

3）              升温至1020℃生长约100～300nm厚的成核层。

4）              升温至1080℃生长约1um厚的不掺杂的GaN层202。

5）              生长约1.7um厚的掺Si的n GaN层203。

6）              降温至850℃生长约40nm厚的掺Si的n型电流扩展层204。

7）              在700℃通入10s的SiH4对n型电流扩展层的表面进行处理205。

8）              生长20s的成核层，生长压力为600Torr。