[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体技术领域，具体涉及一种氮化镓基发光二极管外延结构及 其制备方法。

背景技术

在氮化镓(GaN)基发光二极管(Light-emittingdiode，LED)中，GaN的P型掺杂相 对困难，导致P型掺杂浓度远低于N型掺杂浓度。同时，空穴的有效质量远大于电子的有效质 量，导致空穴的迁移率远小于电子的迁移率。这两方面因素使得空穴向多量子阱区域的注 入率远小于电子的注入率，造成了电子与空穴注入的不匹配，造成了LED的发光效率受限制 以及大电流下发光效率衰减的问题。增强空穴的注入，对提升LED的发光性能具有十分重要 的意义。

增强空穴注入有两类方法。第一种方法是改进GaN材料P型掺杂的技术，在掺杂剂、 杂质激活工艺等技术细节上实施改进。尽管有许多研究者对GaN材料的P型掺杂技术进行了 研究，但是未见有突破性进展的报道。目前通用的掺杂技术仍是Mg作为掺杂元素，通过热退 火工艺进行杂质激活。第二种方法是对LED外延结构进行设计，通过改变能带结构来控制 LED内载流子的输运过程，在施加电压下将更多的空穴引导注入到多量子阱区域中。第二种 方法更具有可操作性，并且对LED性能的提升效果十分明显。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种增强空穴注入的氮化镓基 发光二极管外延结构。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种氮化镓基发光二极管外延结构，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。

作为优选，所述P型GaN层和/或P型In_xGa_1-xN层的厚度为20-1000nm。

作为优选，所述衬底为蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO、LiGaO₂、LaSrAlTaO₆、Al和Cu中的 一种。

作为优选，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。

作为优选，所述多量子阱势垒层的材料为GaN、InGaN、AlGaN和AlInGaN中的一种。

作为优选，所述多量子阱势阱层的材料为InGaN。

作为优选，所述电子阻挡层的材料为AlGaN、InAlN或AlInGaN。

上述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或P型In_xGa_1-xN层上生长P型GaN层，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，掺杂浓度 为3-9×10¹⁷cm^-3。

作为优选，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；