[发明专利]GaN基LED的外延结构及其生长方法

权利要求书

1.GaN LED的外延结构，其特征在于，依次包括衬底（1）、低温成核层GaN（2）、非掺杂u-GaN层（3）、掺Si的n-GaN层（4），发光层（5）、GaN-AlGaN-GaN势垒层（6）、P型GaN层（7），其中，GaN-AlGaN-GaN势垒层（6）由等厚度的中间层AlGaN层和两外层GaN层组成，中间层AlGaN层为P型Al_xGa_1-xN，x为0.05至0.15，外层GaN层为掺杂Si 的GaN。

2.如权利要求1所述的外延结构的外延生长方法，其特征在于，依次包括处理衬底（1），生长低温成核层（2），生长非掺杂u-GaN层（3），生长掺Si的n-GaN层（4），生长发光层（5），生长GaN-AlGaN-GaN 势垒层（6），生长P型GaN层（7），降温冷却步骤。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，衬底（1）的处理步骤为：在氢气气氛，温度为1050℃至1150℃下将蓝宝石衬底进行退火，清洁衬底表面。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，生长低温成核GaN层（2）包括如下步骤：

（1）在500℃到610℃，反应腔压力为400 Torr至650 Torr下，通入氨气和TMGa，在蓝宝石衬底上生长厚度为20 nm至40 nm的低温成核层GaN；

（2）停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000℃至1100℃，退火时间为5min至10 min。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，生长非掺杂u-GaN层（3）包括如下步骤：在1050℃至1200℃，保持反应腔压力为100 Torr至500 Torr，通入氨气和TMGa，持续生长厚度为1 μm为3 μm的非掺杂u-GaN层。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，生长掺杂Si的n-GaN层（4）包括如下步骤：在1050℃至1200℃，保持反应腔压力为100 Torr至600 Torr，通入氨气、TMGa和SiH₄，持续生长一层掺杂浓度稳定的，厚度为2 μm至4 μm掺杂Si的n-GaN层，其中，Si掺杂浓度为8×10¹⁸ atoms/cm³至2×10¹⁹ atoms/cm³。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，生长发光层（5）包括如下步骤：

（1）在反应腔压力为100 Torr至500 Torr，温度为700℃至800℃下，使用TEGa、TMIn和SiH₄作为MO源，生长掺杂In的厚度为2 nm至5 nm的量子阱In_yGa_1-yN，y为0.1至0.3；

（2）升高温度至800℃至950℃，保持反应腔压力100 Torr至500 Torr，使用MO源为TEGa、TMIn和SiH₄，生长厚度为8 nm至15 nm的势垒GaN，势垒GaN进行Si掺杂，Si掺杂浓度为8×10¹⁶ atoms/cm³至6×10¹⁷ atoms/cm³；

（3）重复In_yGa_1-yN的生长，然后重复生长GaN层，交替生长In_yGa_1-yN/GaN发光层，控制周期为5个，最后再生长一个In_yGa_1-yN层。