[发明专利]一种晶格匹配的LED外延结构及其制备方法

权利要求书

1.一种晶格匹配的LED外延结构，其特征在于，包括：衬底，所述衬底上，由下至上依次设置有Al_xGa_1-x-yIn_yN成核层、未掺杂的Al_xGa_1-x-yIn_yN层、n型掺杂的Al_xGa_1-x-yIn_yN层、In_aGa_1-aN阱层和Al_xGa_1-x-yIn_yN垒层构成的多量子阱发光层和p型掺杂的Al_xGa_1-x-yIn_yN层；各层的Al_xGa_1-x-yIn_yN的晶格常数与多量子阱发光层的阱层In_aGa_1-aN的晶格常数相同，各层的Al_xGa_1-x-yIn_yN的带隙宽度大于多量子阱发光层的阱层In_aGa_1-aN的带隙宽度。

2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述的成核层为Al_xGa_1-x-yIn_yN，其厚度为30nm-50nm，x取值范围：0.5≤x≤0.65，y取值范围：0.2≤y≤0.4。

3.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述的未掺杂为Al_xGa_1-x-yIn_yN，其厚度为1μm-2.5μm，x取值范围：0.5≤x≤0.65，y取值范围：0.2≤y≤0.4。

4.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述的n型掺杂层为Al_xGa_1-x-yIn_yN，其厚度为1μm-2.5μm，x取值范围：0.5≤x≤0.65，y取值范围：0.2≤y≤0.4。

5.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述的n型掺杂的Al_xGa_1-x-yIn_yN层由高低掺杂区两部分构成，先生长1μm-2.2μm的高掺杂层，后生长0.1μm-0.3μm的低掺杂层，高掺杂层的Si掺杂浓度是8×10¹⁸cm^-3-2×10¹⁹cm^-3，低掺杂层的Si掺杂浓度是1×10¹⁷cm^-3-3×10¹⁷cm^-3。

6.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述的多量子阱发光层由1-15个周期的间隔布置的In_aGa_1-aN阱层和Al_xGa_1-x-yIn_yN垒层叠加组成；其总厚度为10nm-300nm；a取值范围：0.1≤a≤0.25，x取值范围：0.5≤x≤0.65，y取值范围：0.2≤y≤0.4。

7.所根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述的P型掺杂层为Al_xGa_1-x-yIn_yN，其厚度为100nm-250nm，x取值范围：0.5≤x≤0.65，y取值范围：0.2≤y≤0.4。

8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)将蓝宝石衬底置于氢气气氛下，加热到1050℃-1150℃并保持5min，以去除衬底表面的H₂O和O₂；

2)氢气气氛条件下，调节温度将衬底层加热到450℃-600℃，压力100Torr-500Torr，保持5min-10min，以TMGa为Ga源，以NH3为N源,以TMAl为Al源，以TMIn为In源，开始生长Al_xGa_1-x-yIn_yN成核层，厚度为30nm-50nm；然后调节MOCVD反应室中的温度到750℃-860℃，压力100Torr-500Torr，保持5min-10min，使所述Al_xGa_1-x-yIn_yN成核层重结晶；然后调节MOCVD反应室中的温度到750℃-860℃,压力100Torr-500Torr，生长未掺杂的Al_xGa_1-x-yIn_yN层1μm-2.5μm、n型掺杂的Al_xGa_1-x-yIn_yN层1μm-2.5μm；

3)所述的n型掺杂的Al_xGa_1-x-yIn_yN层由高低掺杂区两部分构成，先生长1μm-2.2μm的高掺杂层，后生长0.1μm-0.3μm的低掺杂层，高掺杂层的Si掺杂浓度是8×10¹⁸cm^-3-2×10¹⁹cm^-3，低掺杂层的Si掺杂浓度是1×10¹⁷cm^-3-3×10¹⁷cm^-3；

4)在n型掺杂的Al_xGa_1-x-yIn_yN层上生长多量子阱发光层：多量子阱层是1-15个重复周期且厚度分别为2nm-10nm厚度的InGaN阱和8nm-20nm厚的Al_xGa_1-x-yIn_yN垒；生长Al_xGa_1-x-yIn_yN垒的制备条件是将MOCVD反应室中的温度调节至750℃-860℃，压力100Torr-500Torr，以TMGa为Ga源，以NH₃为N源,以TMAl为Al源，以TMIn为In源，生长Al_xGa_1-x-yIn_yN垒层；生长In_aGa_1-aN阱层的制备条件是将MOCVD反应室中的温度调节至750℃-860℃，压力100Torr-500Torr，同时关闭TMAl源，以TMGa为Ga源，以NH₃为N源,，以TMIn为In源，生长In_aGa_1-aN阱层；

5)调节MOCVD反应室中的温度至750℃-860℃，在多量子阱发光层上生长p型掺杂层Al_xGa_1-x-yIn_yN，厚度为100nm-300nm,Mg掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3--1×10²⁰cm^-3；

6)将上述步骤5)所获得的产物置于650℃-750℃的氮气气氛下退火15min-30min。