[發明專利]一種提高發光效率的外延結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201210424140.2
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102916096A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 郭麗彬;王耀國;鐘伊泰
• 申請（專利權）人: 合肥彩虹藍光科技有限公司
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/06
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

1.一種提高發光效率的外延結構，其特征在于，所述外延結構從下向上依次包括：

襯底；

位于所述襯底上的第一GaN緩沖層；

位于所述第一GaN緩沖層上的第二GaN緩沖層；

位于所述第二GaN緩沖層上的N型GaN層；

位于所述N型GaN層上的多量子阱結構MQW?；

位于所述多量子阱結構MQW上的發光層多量子阱結構MQW；

位于所述發光層多量子阱結構MQW上的p?型GaN層；

位于所述p?型GaN層上的p?型AlGaN層；

位于所述p?型AlGaN層上的p?型GaN層；

以及位于所述p?型GaN層上的p?型接觸層；

所述多量子阱結構MQW由n層In_xGa_1-XN/GaN?多量子阱組成，所述n層多量子阱中阱的寬度、深度以及壘的高度逐層遞增；壘的寬度逐層遞減；阱的寬度逐層遞增與壘寬度逐層遞減呈規律的對應關系，其中n為整數，取值范圍為2-12。

2.根據權利要求1所述的提高發光效率的外延結構，其特征在于：所述阱的寬度為2-5nm；所述壘的寬度為10-25nm。

3.根據權利要求1所述的提高發光效率的外延結構，其特征在于：所述襯底為藍寶石、GaN單晶、單晶硅以及碳化硅單晶。

4.根據權利要求1所述的提高發光效率的外延結構，其特征在于：所述發光層多量子阱由3-15個周期的In_yGa_1-yN(x<y<1)/GaN?多量子阱組成，所述發光層多量子阱的厚度在2-5nm之間。

5.一種提高發光效率的外延結構的制備方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

步驟一，提供一襯底，并對其進行預處理；?

步驟二，在襯底溫度為500-650℃之間，生長的低溫GaN緩沖層；

步驟三，將襯底溫度升高至900-1200℃之間，對所述低溫GaN緩沖層原位進行熱退火處理，退火之后將溫度調節至1000-1200℃之間，外延生長高溫GaN緩沖層；

步驟四，繼續生長N型GaN層；

步驟五，生長多量子阱結構MQW，生長溫度在650-900℃之間，生長壓力在100-600?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在300-5000之間；所述多量子阱MQW由n層In_xGa_1-XN/GaN?多量子阱組成，其中每層中阱的生長方式為In組分X逐漸增加，阱生長溫度逐層遞減；壘的寬度逐層遞減；阱的寬度逐層遞增與壘寬度逐層遞減呈規律的對應關系，其中n為整數，取值范圍為2-12；

步驟六，繼續生長發光層多量子阱MQW；所述發光層多量子阱中In的摩爾組分含量在10%-50%之間；

步驟七，以N₂作為載氣生長p?型GaN層；

步驟八，生長p?型AlGaN層；

步驟九，生長p?型GaN層；

步驟十，生長p接觸層。

6.根據權利要求5所述的提高發光效率的外延結構的制備方法，其特征在于：還包括步驟十一：將反應室的溫度降至650-800℃之間，采用純氮氣氛圍進行退火處理2～15min，然后降至室溫獲得外延結構。

7.根據權利要求5所述的提高發光效率的外延結構的制備方法，其特征在于：所述步驟十中的p接觸層厚度為5～20nm。

8.根據權利要求5所述的提高發光效率的外延結構的制備方法，其特征在于：所述步驟二中低溫緩沖層的厚度為20-30?nm；生長壓力控制在300-760?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在500-3200之間。

9.根據權利要求5所述的提高發光效率的外延結構的制備方法，其特征在于：所述步驟三中高溫緩沖層的厚度為0.5-2um之間；生長壓力在100-500?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在300-3000之間。

10.根據權利要求5所述的提高發光效率的外延結構的制備方法，其特征在于：所述發光層多量子阱MQW的生長溫度在720-820℃之間，壓力在100-500?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在300-5000之間，所述發光層多量子阱由3-15個周期的In_yGa_1-yN(x<y<1)/GaN?多量子阱組成，所述發光層多量子阱的厚度在2-5nm之間；其壘層寬度不變，在10-15nm之間；生長溫度在820-920℃之間，壓力在100-500?Torr之間，Ⅴ?/Ⅲ摩爾比在300-5000之間。