[发明专利]一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法，属于发光二极管技术领域。所述外延片包括：蓝宝石衬底、顺次在所述蓝宝石衬底上沉积的缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、有源层和P型层，所述有源层包括若干层叠的阱垒层，所述阱垒层包括量子阱层和量子垒层，靠近所述N型层的阱垒层中的量子阱层与所述N型层接触，靠近所述P型层的阱垒层中的量子垒层与所述P型层接触，所述量子阱层为InGaN量子阱层，所述量子垒层为BGaN层和InGaN层交替生长的周期性结构。

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，特别涉及一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法。

背景技术

GaN(氮化镓)是第三代宽禁带半导体材料的典型代表，具有优异的高热导率、耐高温、耐酸碱、高硬度等特型，被广泛应用于制作蓝、绿、以及紫外发光二极管。GaN基发光二极管通常包括外延片和设于外延片上的电极。

现有的一种GaN基发光二极管的外延片，其包括衬底、以及生长在衬底上的GaN外延层。GaN外延层包括顺次层叠的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、有源层(又称多量子阱层)和P型层。其中，衬底为蓝宝石衬底(Al₂O₃)，有源层为InGaN阱层和GaN垒层交替生长的周期性结构。当有电流通过时，N型层的电子和P型层的空穴进入阱层并且复合，发出可见光。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：GaN材料存在较大的自发极化，而在GaN材料中构成的异质结构，存在较强的压电极化效应。例如有源层中，InGaN阱层和GaN垒层的晶格常数不匹配，存在压电场的影响。压电场将引起量子限制斯塔克效应，而量子限制斯塔克效应会降低有源层中电子与空穴的复合效率，从而影响发光二极管的内量子效率。

发明内容

本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法，能够减少或消除量子限制斯塔克效应。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片，所述外延片包括：蓝宝石衬底、顺次在所述蓝宝石衬底上沉积的缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、有源层和P型层，所述有源层包括若干层叠的阱垒层，所述阱垒层包括量子阱层和量子垒层，靠近所述N型层的阱垒层中的量子阱层与所述N型层接触，靠近所述P型层的阱垒层中的量子垒层与所述P型层接触，所述量子阱层为InGaN量子阱层，所述量子垒层为BGaN层和InGaN层交替生长的周期性结构。

可选地，所述InGaN量子阱层为In_xGa_1-xN层，x为0.14；所述量子垒层中的BGaN层中B组分与所述量子垒层中的InGaN层中In组分的组分比为17:30。

可选地，所述量子阱层的厚度为3～8nm，所述量子垒层的厚度为9～20nm，所述阱垒层的数量为3～15。

可选地，所述量子垒层中的BGaN层的厚度小于2nm，所述量子垒层中的InGaN层的厚度小于2nm，所述BGaN层和所述InGaN层交替生长的周期数量为6～10。

另一方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，所述方法包括：

提供蓝宝石衬底；

在所述蓝宝石衬底上顺次沉积缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、有源层和P型层，

所述有源层包括若干层叠的阱垒层，所述阱垒层包括量子阱层和量子垒层，靠近所述N型层的阱垒层中的量子阱层与所述N型层接触，靠近所述P型层的阱垒层中的量子垒层与所述P型层接触，所述量子阱层为InGaN量子阱层，所述量子垒层为BGaN层和InGaN层交替生长的周期性结构。

可选地，所述量子阱层的生长温度为720℃～829℃，所述量子阱层的生长压力为100Torr～500Torr，