[发明专利]一种提高发光效率的氮化镓基LED外延生长方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及InGaN /GaN 基发光二极管(LED)材料制备技术领域，更具体地说，涉及一种提高发光效率的氮化镓基LED外延生长方法。

 

背景技术

发光二极管（LED，Light Emitting Diode）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。LED发光效率是衡量LED器件好坏至关重要的指标之一，而改善LED器件的发光特性已经成为提高发光效率的主要因素。

外延量子阱垒层的生长方法对LED器件的发光亮度影响很大，不同的外延量子阱内阱垒的生长方法对发光亮度、内量子效率、电子和空穴浓度分布、载流子溢出等都有影响。

 

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供一种提高发光效率的氮化镓基LED外延生长方法，在外延多量子阱有源层中对电子和空穴的浓度分布进行了均衡调控，改善量子阱中载流子的辐射复合效率，降低电子溢出浓度，提高芯片的内量子效率，可以大大提高光子逃逸出LED器件的概率，有效提高器件的发光效率。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

   一种提高发光效率的氮化镓基LED外延生长方法，该外延结构从下向上的顺序依次为：衬底、低温GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型GaN层、多量子阱结构MQW、多量子阱有源层、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层和P型接触层，所述多量子阱有源层由3~20个Loop循环数的In_yGa_1-yN/GaN 多量子阱组成，其中0<y<1，在所述3~20个Loop循环数的In_yGa_1-yN/GaN多量子阱有源层中的垒层进行P型掺杂。

所述多量子阱有源层中的Loop循环数被拆分为两个部分A和B，其中1≤B≤3，在循环数B的垒层选择进行P型优化掺杂，P型掺杂中Mg的掺杂浓度为4.9×10^-5~8.24×10^-4摩尔每分钟。

所述多量子阱有源层中的Loop循环数被拆分为三个部分C、D和E，其中1≤E≤3，1≤D≤6，在循环数E或在循环数D或在循环数D+E 中的垒层选择进行P型优化掺杂，P型掺杂中Mg的掺杂浓度为4.9×10^-5~8.24×10^-4摩尔每分钟。

所述多量子阱有源层中的Loop循环数被拆分为四个部分F、G、H和I，其中1≤G≤6，1≤H≤6，1≤I≤3，在循环数G或在循环数H或在循环数I或在循环数G+H+I中的的垒层选择进行P型优化掺杂，P型掺杂中Mg的掺杂浓度为4.9×10^-5~8.24×10^-4摩尔每分钟。

本发明的优点在于，经优化后的P型掺杂垒层既可以提供空穴，又可以使得势垒增加，势垒增加使得靠近P电极的量子阱由于受到电子阻挡层的作用使其电子浓度浓度保持较高的水平，同时不同的P型掺杂浓度可以有效调控量子阱内的电子和空穴的均衡分布，减少电子溢出，辐射复合效率大大提高，提高了发光亮度。

 

附图说明

图1是本发明所提供的LED外延结构示意图。

 

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示的LED外延结构，从下向上的顺序依次包括：衬底1、低温GaN缓冲层2、GaN非掺杂层3、N型GaN层4、多量子阱结构MQW5、多量子阱有源层6、低温P型GaN层7、P型AlGaN层8、高温P型GaN层9、P型接触层10。

该外延结构的生长方法，包括以下具体步骤：

步骤一，将衬底1在1000-1200℃氢气气氛里进行高温清洁处理5-20min，然后进行氮化处理，衬底1是适合GaN基半导体外延材料生长的材料，如蓝宝石、GaN和碳化硅（SiC）单晶等；

步骤二，将温度下降到500-650℃之间，生长厚度为20-30nm的低温GaN缓冲层2，生长压力控制在300-760Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为10-1200；