[发明专利]高发光效率的量子阱组合LED外延结构及其制备方法

权利要求书

1.一种高发光效率的量子阱组合LED外延结构，自下至上依次为衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、n型AlGaN层、n型GaN层、有源层、P型AlGaN层、P型GaN层和P型InGaN接触层，其特征是，有源层包括下层多量子阱结构、恒温多量子阱结构和上层多量子阱结构，下层多量子阱结构为InGaN势阱层和GaN势垒层周期性叠加构成；恒温多量子阱结构为恒温InGaN势阱层和恒温GaN势阱层周期性叠加构成；上层多量子阱结构为InGaN势阱层和GaN势垒层周期性叠加构成。

2.根据权利要求1所述的高发光效率的量子阱组合LED外延结构，其特征是，所述下层多量子阱结构中InGaN势阱层和GaN势垒层的循环周期数为3-5。

3.根据权利要求1所述的高发光效率的量子阱组合LED外延结构，其特征是，所述恒温多量子阱结构为恒温InGaN势阱层和恒温GaN势阱层的循环周期数为8-15个。

4.根据权利要求1所述的高发光效率的量子阱组合LED外延结构，其特征是，所述上层多量子阱结构为InGaN势阱层和GaN势垒层的循环周期数为5-15个。

5.根据权利要求1所述的高发光效率的量子阱组合LED外延结构，其特征是，所述下层多量子阱结构和上层多量子阱结构中的InGaN势阱层的In掺杂浓度为2E20-4E20atom/cm³；GaN势垒层的硅掺杂浓度为1E17-1E18atom/cm³。

6.根据权利要求1所述的高发光效率的量子阱组合LED外延结构，其特征是，所述恒温多量子阱结构中的恒温InGaN势阱层中的In掺杂浓度为2E20-4E20atom/cm³，GaN势垒层的硅掺杂浓度为硅掺杂浓度为1E17-1E18atom/cm³。

7.根据权利要求1所述的高发光效率的量子阱组合LED外延结构，其特征是，所述下层多量子阱结构和上层多量子阱结构中的InGaN势阱层的厚度为2-4nm，GaN势垒层的厚度为3-5nm。

8.根据权利要求1所述的高发光效率的量子阱组合LED外延结构，其特征是，所述恒温多量子阱结构的总厚度56-285nm，恒温InGaN势阱层的厚度为3-9nm，恒温GaN势垒层的厚度为4-10nm。

9.一种权利要求1所述的高发光效率的量子阱组合LED外延结构的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)将蓝宝石衬底放入金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备的反应室中，在氢气气氛下加热到1100-1350℃，压力200mbar，处理3-5分钟；

(2)在氮化处理的蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层，生长温度为500-650℃，生长压力400-600mbar，厚度20-50nm；

(3)在GaN缓冲层基础上，生长非掺杂GaN层，生长温度为950-1150℃，生长压力100-300mbar，厚度3-5μm；

(4)在非掺杂GaN层上生长n型AlGaN层，生长温度为900-1100℃，生长压力100-300mbar，厚度20-50nm，硅掺杂浓度为5E18-3E19atom/cm³，Al掺杂浓度5E19-1E20atom/cm³。

(5)在n型AlGaN层上生长n型GaN层，生长温度为950-1150℃，生长压力100-300mbar，厚度3-7μm，硅掺杂浓度为5E18-3E19atom/cm³；

(6)在n型GaN层上生长有源层，有源层包括下层多量子阱结构、恒温多量子阱结构和上层多量子阱结构，具体过程如下所述：

①生长下层多量子阱结构：气氛为氮气的反应室内，在生长温度为730-760℃、压力为200-400mbar的环境下，通入三乙基镓和三甲基铟按摩尔比1:2的混合物或通入三甲基镓和三甲基铟按摩尔比1:2的混合物，持续生长厚度为2-4nm的InxGa1-xN势阱层，其中0＜x＜1，In掺杂浓度为2E20-4E20atom/cm³；停止生长In_xGa_1-xN势阱层后，温度升高至880-950℃，压力为200-400mbar的环境下，停止通入三甲基铟，持续生长厚度为3-5nm的GaN势垒层，硅掺杂浓度为1E17-1E18atom/cm³，之后继续生长In_xGa_1-xN势阱层；在上述环境下InxGa1-xN势阱层和GaN势垒层的循环周期数为3-5个；

②在下层多量子阱结构基础上生长恒温多量子阱结构，生长温度为750-900℃，生长压力为200-400mbar，总厚度56-285nm，恒温InGaN势阱层12和恒温GaN势阱层13的循环周期数为8-15个，恒温InGaN势阱层的厚度为3-9nm，In掺杂浓度为2E20-4E20atom/cm³；恒温GaN势垒层厚度为4-10nm，硅掺杂浓度为1E17-1E18atom/cm³；

③在恒温多量子阱结构基础上，继续生长上层多量子阱结构，InGaN势阱层和GaN势垒层的循环周期数为5-15个，具体生长过程与步骤①一样。

(7)在有源层6上依次生长P型AlGaN层7、P型GaN层8和P型InGaN接触层9：

①P型AlGaN层7的生长温度为830℃，生长厚度50-100nm，Mg掺杂浓度5E19atom/cm³，Al掺杂浓度8E19atom/cm³，生长压力为200mbar；

②P型GaN层8的生长温度为1000℃，生长厚度150-300nm，Mg掺杂浓度1E20atom/cm³，生长压力为200mbar；

③P型PInGaN接触层9的生长温度为750℃，压力300-400mbar，生长厚度为2-10nm，Mg掺杂、浓度为2E20atom/cm³，In掺杂浓度为1E20atom/cm³。