[發明專利]一種GaN基垂直結構發光二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 201010116025.X
• 申請日: 2010-02-23
• 公開（公告）號: CN101789473A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 劉寶林;李曉瑩
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L33/04
• 分類號: H01L33/04
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

1.一種GaN基垂直結構發光二極管，其特征在于，

從下到上依次為藍寶石襯底、低溫GaN緩沖層、第1摻硅GaN層、5～10個周期的 n-InGaN/n-AlGaN或n-AlGaN/n-GaN超晶格層、第2摻硅GaN層、5個周期的固定或漸變組 分InGaN/GaN量子阱、摻鎂AlGaN層、摻鎂GaN層、5個周期的p-InGaN/p-AlGaN超晶格 層、p-InGaN蓋層；

所述GaN基垂直結構發光二極管還設有p電極和n電極；

所述藍寶石襯底采用(0001)面藍寶石襯底，電阻率為10^-2～10^-3Ω·cm；所述GaN緩沖 層的厚度為15～30nm；所述第1摻硅GaN層的厚度為0.1～0.3μm；所述第2摻硅GaN層的 厚度為1.5～3μm；所述摻鎂AlGaN層的厚度為0.1～0.2μm，所述摻鎂GaN層的厚度為0.2～ 0.3μm；所述5個周期p-InGaN/p-AlGaN超晶格的總厚度為20～60nm，其中每個周期 p-InGaN/p-AlGaN超晶格層中的p-InGaN層的厚度為2～5nm，每個周期p-InGaN/p-AlGaN超 晶格層中的p-AlGaN層的厚度為2～7nm；所述p-InGaN蓋層的厚度為2～3nm。

2.如權利要求1所述的GaN基垂直結構發光二極管的制備方法，其特征在于，

包括以下步驟：

1)將藍寶石襯底裝入反應室，對襯底依次進行熱處理和氮化處理；

2)在氮化處理后的襯底上生長GaN緩沖層，隨后升溫，使GaN緩沖層重新結晶；所述 在氮化處理后的襯底上生長GaN緩沖層，是將氮化處理后的襯底降溫至500～570℃，再生長 GaN緩沖層，所述隨后升溫是升溫至1030～1050℃保持恒溫5～15min，所述生長GaN緩沖 層的壓力為200～800Torr，載氣流量為10～30L/min，TMGa流量為20～120μmol/min，NH₃流量為80～120mol/min；

3)生長第1摻硅GaN層；所述生長第1摻硅GaN層的溫度為950～1100℃，壓力為100～ 300Torr，載氣流量為5～20L/min，TMGa流量為80～400μmol/min，NH₃流量為120～ 500mol/min，SiH₄流量為0.2～2μmol/min；

4)生長5～10個周期的n-AlGaN/n-InGaN或n-AlGaN/n-GaN超晶格層；所述生長5～10 個周期的n-AlGaN/n-InGaN或n-AlGaN/n-GaN超晶格層的溫度為750～1060℃，壓力為300～ 400Torr，載氣流量為5～20L/min，NH₃流量為120～500mol/min，TMGa流量為5～8μmol/min， n-AlGaN的TMAl流量為5～20μmol/min，SiH₄流量為0.3～2.5μmol/min；n-InGaN的TMIn 流量為150μmol/min，SiH₄流量為30～120nmol/min；

5)生長第2摻硅GaN層；所述生長第2摻硅GaN層的溫度為950～1100℃，壓力為100～ 300Torr，載氣流量為5～20L/min，TMGa流量為80～400μmol/min，NH₃流量為120～ 500mol/min，SiH₄流量為0.2～2μmol/min；

6)生長5個周期的固定或漸變組份InGaN/GaN量子阱；所述生長5個周期的固定或漸 變組份InGaN/GaN量子阱是降溫至705～840℃，N₂氣氛下生長5個周期的固定或漸變組份 InGaN/GaN量子阱，所述生長固定或漸變組份InGaN/GaN量子阱的壓力為50～500Torr，載 氣流量為5～20L/min，NH₃流量為120～500mol/min，阱層生長溫度為705～840℃，TMGa 流量為1～4μmol/min，TMIn流量為10～40μmol/min，壘層的生長溫度為840℃，TMGa流量 為10～40μmol/min；

7)分別生長摻鎂AlGaN層和摻鎂GaN層；所述分別生長摻鎂AlGaN層和摻鎂GaN層 的溫度為950～1100℃，所述生長摻鎂AlGaN層和摻鎂GaN層的壓力為50～200Torr，載氣 流量為5～20L/min，TMGa流量為20～50μmol/min，TMAl流量為2～5μmol/min，NH₃流量 ?120～500mol/min，Cp₂Mg流量為0.5μmol/min；

8)生長5個周期的p-InGaN/p-AlGaN超晶格層；所述生長5個周期的p-InGaN/p-AlGaN 超晶格層，是p-InGaN層的生長溫度為770℃，p-AlGaN層的生長溫度為800℃，所述生長5 個周期的p-InGaN/p-AlGaN超晶格層的壓力為300～400Torr，載氣流量為5～20L/min，NH₃流量為120～500mol/min，p-InGaN的TMGa流量為5～8μmol/min，TMIn流量為100～ 200μmol/min，Cp₂Mg流量為100nmol/min；p-AlGaN的TMGa流量為20～50μmol/min，TMAl 流量為5～10μmol/min，Cp₂Mg流量為260nmol/min；

9)在5個周期的p-InGaN/p-AlGaN超晶格層上再生長p-InGaN蓋層；

10)最后，將外延片退火，得GaN基垂直結構發光二極管；所述將外延片退火在700～ 850℃的N₂氣氛中退火10～30min。

3.如權利要求2所述的GaN基垂直結構發光二極管的制備方法，其特征在于，

在步驟1)中，所述熱處理在H₂氣氛下加熱至1050～1200℃對襯底進行熱處理5～20min， 所述氮化處理是將熱處理后的襯底降溫到500～1000℃再對襯底進行氮化處理60～150s。