[发明专利]一种控制量子阱膜层厚度外延生长的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光二极管（LED）技术领域，具体涉及一种控制量子阱膜层厚度外延生长的方法。

背景技术

半导体发光二极管（LED）是利用n区注入的电子和p区注入的空穴发生光子辐射复合发光的。由于单纯包含p层和n层的外延结构LED发光效率低下，因此在外延结构的LED中可以增加辐射复合的效率的InGaN/GaN多量子阱（MQWs）结构被广泛应用。然而，由于电子和空穴在浓度、有效质量、迁移率等方面的差异，导致电子的行程大于空穴的行程，导致复合效率的下降。量子阱膜层厚度差异化是改善此问题的有效方法之一。比如在专利号200810208079.1中提出一种非对称型量子阱结构提升发光效率的方法，即整个外延结构中的量子阱结构并非完全一致的掺杂浓度及厚度。同样，专利20091002769.5、2012103663117.7、201210426804.9等专利也提出了类似方法。相关专利所阐述控制量子阱膜层厚度外延生长的方法主要集中在控制高纯金属有机源（MO源）的流量和生长时间两种，但其没有关注到MO源的载气种类和流量对量子阱层的生产影响，无法控制量子阱膜层的厚度，无法对量子阱禁带宽度起到调节作用。

发明内容

本发明提供了一种控制量子阱膜层厚度外延生长的方法，通过改变生长过程中MO源的载气种类或流量的方法实现量子阱膜层厚度的差异化生长控制。

本发明提供了一种控制量子阱膜层厚度外延生长的方法，在衬底表面上依次生长低温缓冲层、非掺杂氮化镓层、n型氮化镓层、量子垒层和量子阱层组成的多量子阱层、电子阻挡层、p型氮化镓层、接触层，在其特征在于，在生长量子垒层和量子阱层组成的多量子阱层时分为两个生长阶段进行，分别控制每个生长阶段所用载气气氛和/或载气流量。

所述两个生长阶段中的载气气氛为氢气、或者为氮气、或者为氢气和氮气的组合，所述两个生长阶段中的载气气氛不同。

所述两个生长阶段中的载气的流量相同。

所述两个生长阶段中的载气的流量不同。

所述两个生长阶段中的载气气氛为氢气、或者为氮气、或者为氢气和氮气的组合，所述两个阶段中的载气气氛相同，两个生长阶段中的载气的流量不同。

所述两个生长阶段所设定的工艺时间相同，或者不同。

所述两个生长阶段所生长的量子阱层厚度不同，量子垒层厚度不同或者相同。

以上技术可以看出，本发明实施例利用MO源的载气种类和流量对量子阱膜层的厚度产生影响，即达到控制膜层厚度的目的。同时，由于载气对膜层的掺杂作用也产生一定的影响，因此载气在实现膜厚控制的同时对量子阱禁带宽度也起一定的调节作用，从而影响到器件的发光波长。本发明的优点在于仅通过改变载气种类和流量，即可控制量子阱膜层厚度，又能够调节其禁带宽度。且本发明提供的控制量子阱膜层厚度外延生长的方法，工艺简单，生产效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中的多量子阱结构的LED结构示意图；

图2是本发明实施例中的控制量子阱膜层厚度的方法流程图；

图3是本发明实施例中的GaN基LED的量子阱能带图；

图4是本发明实施例中的GaN基LED的横截面电镜图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例中的LED外延结构，其包括有衬底1、低温GaN缓冲层2、未掺杂的高温GaN缓冲层3、Si掺杂n型GaN4、量子阱5a、量子阱5b、p型AlGaN电子阻挡层6、p型GaN7、P型GaN接触层8。

本发明实施例中的外延结构基于传统工艺过程中，在生长量子垒层和量子阱层组成的多量子阱层时分为两个生长阶段进行，分别控制每个生长阶段所用载气气氛、载气流量。图1示出了本发明实施例子中的控制量子阱膜层厚度外延生长的方法流程图，包括如下步骤：

S101：在衬底表面上生长低温缓冲层；

S102：生长非掺杂氮化镓层；

S103：生长n型氮化镓层；