[发明专利]一种高性能GaN基发光二极管结构及其制备方法

说明书

本发明一种高性能GaN基发光二极管结构及其制备方法，属于半导体材料技术领域；提供了一种GaN基发光二极管结构，增加了量子阱区对载流子的束缚能力，减少了载流子的泄漏，提高了GaN基发光二极管的内量子效率；一种高性能GaN基发光二极管结构，包括在衬底上依次生长的GaN成核层、u‑GaN层、N型掺杂的GaN层、纳米微型坑层、InGaN/GaN量子阱层、P型掺杂的AlGaN电子阻挡层、P型掺杂的GaN层和电极接触层,纳米微型坑层包括自下而上交替层叠的纳米微型坑形成层和纳米微型坑层处理层，三甲基镓掺硅层上生长有多个纳米岛，纳米微型坑层处理层用于对纳米岛的表面进行光滑处理。

技术领域

本发明一种高性能GaN基发光二极管结构及其制备方法，属于半导体材料技术领域。

背景技术

GaN基发光二极管量子阱中有很强的压电电场会产生很大压电极化效应。影响GaN基LED内量子效率的关键因素主要有量子阱的束缚能力、压电极化效应以及阱/垒界面质量。首先，由于InGaN量子阱中存在极化效应产生的强极化电场导致多量子阱中能带弯曲，导带在P型一侧较低，N型一侧被抬高，从而多量子阱的带边由方形改变为三角形，导带的基带能量降低，价带的基带能量升高，使两者之间的间隙宽度变窄，导致发光波长红移，在电流注入条件下，发光器件表现出强的量子限制斯塔克效应。同时，能带倾斜导致量子阱的束缚能力变弱，从而使载流子容易越过势垒，发生载流子泄漏，大大降低了器件的发光效率。因此，提高量子阱区载流子的束缚能力是提高LED发光效率的主要因素之一。其次，量子阱区阱/垒的界面质量对载流子的内量子效率有着重要的影响。因此，为了得到高发光性能的发光二极管，围绕开展提高量子阱区对载流子的束缚能力和改善阱垒的界面质量的研究非常重要。

目前常用的方法有垒层掺硅、铝或者是铟等元素来降低量子阱的压电极化效应，这些方法在一定程度上也能改善量子阱的极化效应，提高发光二极管的内量子效率，但是这些方法对量子阱束缚能力改善较小，量子阱区仍然会有大量的载流子泄漏。

发明内容

本发明一种高性能GaN基发光二极管结构及其制备方法，克服了现有技术存在的不足，提供了一种GaN基发光二极管结构，增加了量子阱区对载流子的束缚能力，减少了载流子的泄漏，提高了GaN基发光二极管的内量子效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高性能GaN基发光二极管结构，包括在衬底上依次生长的GaN成核层、u-GaN层、N型掺杂的GaN层、纳米微型坑层、InGaN/GaN量子阱层、P型掺杂的AlGaN电子阻挡层、P型掺杂的GaN层和电极接触层, 纳米微型坑层包括自下而上交替层叠的纳米微型坑形成层和纳米微型坑层处理层，三甲基镓掺硅层上生长有多个纳米岛，纳米微型坑层处理层用于对纳米岛的表面进行光滑处理。

进一步，所述InGaN/GaN量子阱层由x个InGaN势阱层与个GaN势垒层交替层叠组成，其中，5≤x≤15。

进一步，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。

进一步，所述纳米微型坑形成层和所述纳米微型坑层处理层的数量相同，均为3～10层，所述纳米微型坑形成层所用的材料为Si掺杂，用TMGa为Ga源生长的GaN，所述纳米微型坑层处理层所用的材料为Si掺杂，用TEGa为Ga源生长的GaN。

一种高性能GaN基发光二极管结构的制备方法，包括以下步骤：

S1.衬底在1070 ℃温度下，H₂气氛中还原处理300 s；

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，衬底上生长厚度为25 nm 的GaN 成核层；