[發明專利]一種綠光發光二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 201210109615.9
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN102738333A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 顏建鋒;林桂榮;莊文榮
• 申請（專利權）人: 江蘇漢萊科技有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/06;H01L33/00
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技術領域

本發明涉及一種綠光發光二極管及其制備方法，屬于發光二極管及其制備方法領域。?

背景技術

發光二極管具有體積小、效率高和壽命長等優點，在交通顯示、室內及戶外全色顯示等領域有著廣泛的應用，具有寬禁帶直接帶隙半導體材料的GaN基III-V族氮化物由于其室溫下帶隙范圍涵蓋0.7eV到6.2eV，對應波長覆蓋了整個可見光區及紅外區、紫外區，GaN基III-V族氮化物材料在半導體固態照明及全色顯示等光電子領域有著廣泛的應用前景，目前已經成為光電子領域的研究熱點。?

GaN基發光二極管主要產品有白光二極管、藍光二極管及綠光二極管。近幾年GaN基白光二極管和藍光二極管的發光效率已經有了很大的提高，然而綠光發光二極管的發光效率相比與GaN基白光和藍光二極管則要低的多。這主要是因為目前我們使用的GaN二極管的為In(Al)GaN/(Al)GaN的多量子阱結構，而相對白光和藍光二極管較低的In組份，綠光二極管則需要相對高的In組份才能獲得對應的波長。高In組份的In(Al)GaN材料容易引起In的相分離，使得在In(Al)GaN/(Al)GaN的晶體質量變差，量子阱數目越多，越容易產生大量的缺陷，從而使得綠光二極管的發光效率降低，電性變差；同時，由于InN的晶格常數(0.3545?nm)比GaN的晶格常數(0.3189)大很多，In(Al)GaN/(Al)GaN的多量子阱結構中In組份的增加必然會使得其失配變大，從而是的量子阱的應力變大，應力的增大又進一步的降低了綠光發光二極管的發光效率。所以怎樣降低In分離及減少應力，是我們目前亟待解決的問題。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種新綠光發光二極管及其制備方法，通過在二極管的綠光發光層引入一層低溫保護層，及應力釋放層，保護InGaN中的In，避免In組分的相分離，控制綠光量子阱中的應力，從而提高綠光二極管的發光效率。?

具體采用采用MOCVD技術，利用高純NH3做N源，高純H2或者高純N2做載氣，三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa、三甲基銦TMIn?和?三甲基鋁TMAl分別做Ga源、In源和鋁源，利用硅烷SiH4、二茂鎂CP2Mg分別做n型Si摻雜源和p型Mg摻雜源，其特征在于，該方法包括以下步驟：?

步驟一，在MOCVD反應室中把襯底加熱到1100℃以上，用H2或N2或者H2和N2的混合氣體作為載氣，高溫處理時間為200-2000秒；

步驟二，把襯底溫度降低到500-600℃，利用H2做為載氣，通入三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa和NH3生長20-40nm厚的GaN成核層；然后把襯底溫度升高到1000℃以上，利用H2做為載氣，外延生長1-2微米厚的非故意摻雜GaN層；然后把襯底溫度升高到1060℃以上，利用H2做為載氣，外延生長2-4微米厚的n型Si摻雜的GaN層，摻雜濃度控制在-5.0E+18——-1.5E+19?cm^-3；

步驟三，將襯底溫度降到780℃±25℃，利用N2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，在n型Si摻雜的GaN層上外延生長InGaN/GaN量子阱結構用于控制應力，此層可以是單異質結，也可以是多量子結構，更可以是超晶格結構，最終控制此層的光致發光PL譜的波長在445nm-475nm之間。

步驟四，將襯底溫度提高到810℃±25℃，利用N2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，繼續生長500埃以上厚度，摻雜濃度在-8.0E+16——2.5E+18?cm-3的n型Si摻雜的GaN層；?

步驟五，將襯底溫度降低到730℃±10℃，利用N2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，繼續外延生長InGaN、GaN低溫保護層、GaN的綠光發光層，其中InGaN層的厚度控制在25埃，GaN低溫保護層的生長溫度和InGaN層相同仍然在730℃±10℃溫度下生長，厚度控制在10—100埃，降低InGaN中In的丟失，?GaN的生長溫度控制在880℃±10℃，綠光發光層的光致發光PL譜的波長控制在520nm；

步驟六，將襯底溫度升高到900-950℃，在InGaN、GaN低溫保護層、GaN的綠光發光層量子阱層上生長30nm厚的Mg摻雜濃度在1.5E+21cm^-3的p型AlGaN電子阻擋層和150nm厚的Mg摻雜濃度在1.0E+21cm^-3的p型GaN層。

步驟一中高溫處理時間優選為880秒。?

步驟三中光致發光PL譜的波長優選控制在465nm，能最佳控制應力。?