[发明专利]一种高性能GaN基发光二极管结构及其制备方法

权利要求书

1.一种高性能GaN基发光二极管结构，其特征在于：包括在衬底（1）上依次生长的GaN成核层（2）、u-GaN层（3）、N型掺杂的GaN层（4）、纳米微型坑层（5）、InGaN/GaN量子阱层（6）、P型掺杂的AlGaN电子阻挡层（7）、P型掺杂的GaN层（8）和电极接触层（9）,纳米微型坑层（5）包括自下而上交替层叠的纳米微型坑形成层（51）和纳米微型坑层处理层（52），三甲基镓掺硅层（51）上生长有多个纳米岛，纳米微型坑层处理层（52）用于对纳米岛的表面进行光滑处理。

2.根据权利要求1所述的一种高性能GaN基发光二极管结构，其特征在于：所述InGaN/GaN量子阱层（6）由x个InGaN势阱层与（x+1）个GaN势垒层交替层叠组成，其中，5≤x≤15。

3.根据权利要求1所述的一种高性能GaN基发光二极管结构，其特征在于：所述纳米岛为表面光滑、大小均匀的圆锥体，圆锥体的底面半径为50～100 nm，高度为30～50 nm，相邻两个圆柱体之间的间距为300～500 nm。

4.根据权利要求1所述的一种高性能GaN基发光二极管结构，其特征在于：所述纳米微型坑形成层（51）和所述纳米微型坑层处理层（52）的数量相同，均为3～10层，所述纳米微型坑形成层（51）所用的材料为Si掺杂，用TMGa为Ga源生长的GaN，所述纳米微型坑层处理层（52）所用的材料为Si掺杂，用TEGa为Ga源生长的GaN。

5.一种高性能GaN基发光二极管结构的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

S1.衬底（1）在1070℃温度下，H₂气氛中还原处理300s；

S2.采用三甲基镓作为镓源，NH₃作为氮源，N₂作为载气，生长温度为550 ℃，时间为150s，反应室压力为600 mbar，退火温度为1040 ℃，时间为200 s，衬底（1）上生长厚度为25 nm的GaN成核层（2）；

S3.采用三甲基镓作为镓源，NH₃作为氮源，N₂作为载气，生长温度为1060 ℃，生长时间为3600 s，反应室压力为600 mbar，在GaN成核层（2）上生长厚度为2μm的高温未掺杂的u-GaN层（3）；

S4.采用三甲基镓作为镓源，SiH₄作为硅源，NH₃作为氮源，N₂作为载气，生长温度为1065℃，生长时间为1800 s，反应室压力为600 mbar，在未掺杂的u-GaN层（3）上生长厚度为1μm的N型掺杂的GaN层（4）；

S5.采用三甲基镓作为镓源，SiH₄作为硅源，NH₃作为氮源，N₂作为载气，生长温度为950℃，生长时间为800s，反应室压力为600 mbar，在N型掺杂的GaN层（4）上生长厚度为50 nm的GaN层，即纳米微型坑形成层（51）；

S6.采用三乙基镓作为镓源，SiH₄作为硅源，NH₃作为氮源，N₂作为载气，生长温度为950℃，生长时间为800s，反应室压力为600 mbar，在纳米微型坑形成层（51）上生长厚度为50nm的GaN层，即纳米微型坑层处理层（52）；

S7.基于步骤S5和S6，在纳米微型坑层处理层（52）上循环生长纳米微型坑形成层（51）和纳米微型坑层处理层（52）2～9个周期，形成纳米微型坑层（5）；

S8.采用三乙基镓为镓源，NH₃为氮源，N₂为载气，SiH₄作为掺杂源，生长温度为840℃，生长时间为1000 s，反应室压力为400 mbar，在纳米微型坑层处理层（52）上生长厚度为12 nm的Si掺杂的GaN势垒层（61）；

S9.以三乙基镓为镓源，TMln为铟源，NH₃为氮源，N₂为载气，在温度为740 ℃，反应室压力为400 mbar，生长时间为300 s，在GaN势垒层（61）上生长的厚度为3 nm的InGaN势阱层（62）；

S10.采用三乙基镓为镓源，NH₃为氮源，N₂为载气，SiH₄作为掺杂源，生长温度为840 ℃，生长时间为1000 s，反应室压力为400 mbar，在InGaN势阱层（62）上生长厚度为12nm的Si掺杂的GaN势垒层（61）；

S11.基于步骤S9和S10，循环生长InGaN势阱层（62）和GaN势垒层（61）4～14个周期，形成InGaN/GaN量子阱层（6）；

S12.采用三甲基镓为镓源，三甲基铝为铝源，三甲基铟为铟源，二茂镁为镁源，对GaN势垒层（61）实现P型掺杂，NH₃作为氮源，N₂为载气，生长温度为920 ℃，生长时间为300 s，反应室压力为200 mbar，形成厚度为50 nm的P型掺杂的AlGaN电子阻挡层（7）；

S13.采用三甲基镓为镓源，二茂镁为镁源，NH₃作为氮源，N₂为载气，生长温度为960 ℃，生长时间为3000 s，反应室压力为200 mbar，在P型掺杂的AlGaN电子阻挡层（7）上生长厚度为250 nm的P型掺杂的GaN层（8）；

S14.采用三甲基镓为镓源，二茂镁为镁源，NH3作为氮源，氮气为载气，生长温度为960℃，生长时间为300s，反应室压力为150 mbar，P型掺杂的GaN层（8）上生长厚度为50 nm的p++型GaN电极接触层9，之后在650 ℃的温度下，N₂气氛中退火1000 s，然后降至室温，即得到具有纳米微型坑结构的高性能GaN基发光二极管结构。