[发明专利]一种紫外LED量子阱生长方法

说明书

本发明公开了一种紫外LED量子阱生长方法。本发明通过控制InGaN量子阱外延层的生长速度，可以避免因AlGaN垒和InGaN阱的较大晶格失配而导致的位错和缺陷大量产生，提高量子阱中InGaN材料的局域化，同时通过调节量子阱生长速度可以优化量子阱所受应力进而提高外延质量，实现了厚膜、高质量、低In组分的高量子效率InGaN/AlGaN量子阱外延生长。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种紫外LED量子阱生长方法。

背景技术

近紫外LED一般是指发光中心波长在350nm到400nm之间的发光二极管，由于其相比传统的汞灯光源，具有寿命长、能耗低、无污染、尺寸小、点亮快、光谱可调、易于设计等诸多优势，在高品质照明、光固化、平板印刷、曝光机、防伪验钞、光触媒杀菌、美容美甲和牙科治疗领域有着广泛的应用前景。特别是紫外LED激发多色荧光粉的高品质照明应用领域和高功率密度光固化应用领域，高外量子效率和辐射功率的近紫外LED将有助于推动市场的快速发展。

目前，近紫外LED主要基于InGaN/AlGaN量子阱结构设计，但是由于LED波长比较短，生长的量子阱的In组分比较低，因此需要较高Al组分的AlGaN量子垒结构来提高量子阱结构的载流子限制效果；同时由于在大功率应用中驱动电流较大，需要较厚的量子阱来捕获更多的载流子、减少载流子的泄漏。然而，较低In组分的量子阱大大减少了InGaN的局域化效果，增加了量子阱内的非辐射复合，进而降低了内量子效率；其次，较高Al组分的垒和低In组分的阱之间由于较大的晶格失配会产生很强的极化电场使得量子阱结构能带发生明显弯曲，导致了量子阱发光波长红移的量子限制斯塔克效应；再次，量子阱厚度增加会导致量子阱材料质量的下降，从而提高了电子空穴的非辐射复合效率，而且厚度的增加会进一步增强电子和空穴波函数在空间上的分离，上述两种机制均会降低紫外LED的内量子效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种紫外LED量子阱生长方法，该方法通过控制InGaN量子阱外延层的生长速度，提高量子阱中InGaN材料的局域化，优化量子阱所受应力进而提高外延质量，实现了厚膜、高质量、低In组分的高量子效率InGaN/AlGaN量子阱外延生长。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种紫外LED量子阱生长方法，所述紫外LED的外延层结构从下到上依次包括：生长衬底、N型电子注入层、InGaN/AlGaN量子阱和P型空穴注入层；

所述InGaN/AlGaN量子阱的生长方法包括以下步骤：

(1)垒生长完成后，中断垒的生长，从垒的生长条件变化到低速InGaN阱的生长条件直至反应室环境稳定；

(2)生长低速InGaN阱，生长速度范围为0.2nm/min-0.6nm/min；

(3)生长高速InGaN阱，生长速度范围为0.6nm/min-4nm/min；

(4)生长低速InGaN阱，生长速度范围为0.2nm/min-0.6nm/min；

(5)重复生长步骤(3)-(4)共1-5周期；

(6)阱生长完成后，中断阱的生长，从阱的生长条件变化到垒的生长条件，生长AlGaN垒；

(7)重复生长步骤(1)-(6)共1-12周期，完成InGaN/AlGaN量子阱的生长。

进一步地，所述生长衬底包括蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓、氮化铝中的一种或者是它们几种构成的复合衬底；

所述N型电子注入层包括Si掺杂的氮化镓或Si掺杂的铝镓氮层；所述N型电子注入层的电子浓度范围为5E17-4E19cm^-3，厚度为1.5-3μm；