[发明专利]一种氮化镓基发光二极管外延结构及其制备方法

权利要求书

1.一种氮化镓基发光二极管外延结构，其特征在于，自下至上依次包括：衬底、形核层、 缓冲层、N型GaN层、多量子阱有源区、电子阻挡层、P型III族氮化物叠层；

所述P型III族氮化物叠层由P型GaN层和P型In_xGa_1-xN层依次交替层叠而成，其中，x＝ 0.01-0.3。

2.如权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延结构，其特征在于，所述P型GaN层和/ 或P型In_xGa_1-xN层的厚度为20-1000nm。

3.如权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延结构，其特征在于，所述衬底的材质为 蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO、LiGaO₂、LaSrAlTaO₆、Al和Cu中的一种。

4.如权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延结构，其特征在于，所述多量子阱有源 区由y个多量子阱势垒层和y-1个多量子阱势阱层依次交替层叠而成，所述y为大于2的整 数。

5.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延结构，其特征在于，所述多量子阱势垒 层的材料为GaN、InGaN、AlGaN和AlInGaN中的一种。

6.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延结构，其特征在于，所述多量子阱势阱 层的材料为InGaN。

7.如权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延结构，其特征在于，所述电子阻挡层的 材料为AlGaN、InAlN或AlInGaN。

8.如权利要求1-7任一项所述的氮化镓基发光二极管外延结构的制备方法，包括步骤 如下：

1)在衬底上依次生长形核层、缓冲层、N型GaN层、多量子阱有源区、电子阻挡层；

2)在电子阻挡层上依次交替生长P型GaN层和P型In_xGa_1-xN层，x＝0.01-0.3，得到P型III 族氮化物叠层；

其中，所述P型GaN层的生长方法如下：将反应室温度控制在900-1100℃，通入二茂镁、 氨气、氮气和三甲基镓，在所述的电子阻挡层上生长P型GaN层，厚度为20-1000nm，掺杂浓度 为3-9×10¹⁷cm^-3；

其中，所述P型In_xGa_1-xN层的生长方法如下：反应室温度保持900-1100℃，通入二茂镁、 氨气、氮气、三甲基镓和三甲基铟，在上述P型GaN层上生长P型In_xGa_1-xN层，厚度为20- 1000nm，掺杂浓度为3-9×10¹⁷cm^-3。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤2)中，在电子阻挡层上依次交替生长P型 GaN层和P型In_0.2Ga_0.8N层；

其中，所述P型GaN层的生长方法如下：将反应室温度控制在950℃，通入二茂镁、氨气、 氮气和三甲基镓，在所述的电子阻挡层上生长P型GaN层，厚度为20-40nm，掺杂浓度为5× 10¹⁷cm^-3；

其中，所述P型In_0.2Ga_0.8N层的生长方法如下：反应室温度控制在950℃，通入二茂镁、氨 气、氮气、三甲基镓和三甲基铟，在上述P型GaN层上生长P型In_0.2Ga_0.8N层，厚度为150- 200nm，掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤1)中，具体操作步骤如下：

a)衬底处理：将(0001)晶向蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，反应室温度升高到1000- 1300℃，通入氢气，对衬底进行高温烘烤；

b)生长形核层：将反应室温度控制在400-700℃，通入氨气、氢气和三甲基镓，在衬底上 生长GaN形核层，形核层厚度≤1nm；

c)生长缓冲层：将反应室温度控制在400-700℃，通入氨气、氢气和三甲基镓，在形核层 上生长缓冲层，缓冲层厚度为100-300nm；

d)生长N型GaN层：将反应室温度控制在1000-1500℃，通入硅烷、氨气、氢气和三甲基 镓，在缓冲层上生长N型GaN层，厚度为2-4μm，掺杂浓度为3-9×10¹⁸cm^-3；

e)生长多量子阱有源区：在N型GaN层上依次层叠生长多量子阱势垒层和多量子阱势阱 层；该多量子阱有源区最下层和最上层均为多量子阱势垒层；

其中，多量子阱势垒层的生长方法如下：将反应室温度控制在800-900℃，通入氨气、氮 气和三甲基镓，在N型GaN层或多量子阱势阱层上生长多量子阱势垒层，厚度为12-18nm；

其中，多量子阱势阱层的生长方法如下：将反应室温度控制在700-780℃，通入氨气、氮 气、三甲基镓和三甲基铟，在GaN多量子阱势垒层上生长多量子阱势阱层，厚度为2-4nm；

f)生长电子阻挡层：将反应室温度控制在900-1100℃，通入二茂镁、氨气、氮气、三甲基 镓和三甲基铝，在多量子阱有源区上生长电子阻挡层，厚度为80-200nm，掺杂浓度3-9× 10¹⁷cm^-3。