[发明专利]氮化镓基发光二极管及制备方法

摘要

本发明涉及一种氮化镓半导体薄膜、氮化镓基发光二极管及相应的制备方法，其中氮化镓半导体薄膜的制备方法中采用双离子源分别轰击含镓靶材和衬底来制备，并且在主离子源中充入氩气，产生氩离子束轰击所述含镓靶材，产生溅射粒子沉积在衬底上；在辅离子源中充入氨气或者氮气，产生氮离子束轰击衬底表面，其中氮离子与沉积在衬底表面的溅射粒子结合，生成氮化镓半导体薄膜。本发明通过主离子源生成氩离子束轰击含镓靶材，辅离子源生成的氮离子通过化学反应生成氮化镓，并以浅层注入方式直接给衬底表面补充氮离子，能够有效地提高氮化镓半导体薄膜中氮元素的含量，克服氮元素和镓元素的配比误差，且制得的薄膜厚度均匀、精度高。

主权项

一种氮化镓基发光二极管的制备方法，其特征在于，至少包括：S1、第一氮化镓薄膜制备步骤，S1‑1、选取第一靶材，使用氮化镓半导体薄膜的制备方法在衬底上沉积第一氮化镓薄膜，其中，所述氮化镓半导体薄膜的制备方法采用双离子源分别轰击含镓靶材和衬底：在主离子源中充入氩气，产生氩离子束轰击所述含镓靶材，产生溅射粒子沉积在衬底上；在辅离子源中充入氨气或者氮气，产生氮离子束轰击衬底表面，其中氮离子与沉积在衬底表面的溅射粒子结合，生成氮化镓半导体薄膜；氮离子与溅射粒子的到达速率比为0.01～0.3；所述氮化镓半导体薄膜的制备方法包括两次溅射步骤：一次溅射步骤，使用高能氩离子束对含镓靶材进行轰击，同时使用高能氮离子束对衬底进行轰击，持续时间为10～15分钟；其中高能氩离子束的离子束能量Ei＝600～1000eV，束流密度Jb＝0.5～0.8mA/cm2，高能氮离子束的离子束能量为Ei＝400～700eV，离子束流密度Jb＝0.4～0.6mA/cm2；二次溅射步骤，使用低能氩离子束对含镓靶材进行轰击，同时使用低能氮离子束对衬底进行轰击，持续时间为5～10分钟；其中低能氩离子束的离子束能量Ei＝200～600eV，束流密度Jb＝0.2～0.5mA/cm2，低能氮离子束的离子束能量Ei＝200～400eV，离子束流密度Jb＝0.2～0.4mA/cm2；两次溅射的间隔时间为1～2分钟；S1‑2、再使用氮离子束轰击第一氮化镓薄膜进行氮离子浅层注入；S2、多量子阱发光层制备步骤，依次选取镓铝靶材、镓铟靶材和镓铝靶材，分别使用S1‑1所述的氮化镓半导体薄膜的制备方法在所述第一氮化镓薄膜上沉积AlGaN薄膜、InGaN薄膜和AlGaN薄膜，生成夹层结构的多量子阱发光层；S3、第二氮化镓薄膜制备步骤，S3‑1、选取第二靶材，使用S1‑1所述的氮化镓半导体薄膜的制备方法在所述多量子阱发光层上沉积第二氮化镓薄膜；S3‑2、再使用氮离子束轰击第二氮化镓薄膜进行氮离子浅层注入；其中，所述第一氮化镓薄膜为掺杂硅的n‑GaN薄膜，所述第二氮化镓薄膜为掺杂镁的p‑GaN薄膜；或者所述第一氮化镓薄膜为掺杂镁的p‑GaN薄膜，所述第二氮化镓薄膜为掺杂硅的n‑GaN薄膜。