[發明專利]提高綠光或更長波長InGaN量子阱發光效率的方法及結構

有效

• 申請號: 201611153017.6
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106784181B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 田愛琴;劉建平;張書明;李德堯;張立群;楊輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/20;H01L33/24;H01L33/32;H01S5/343;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰

本發明公開了一種提高綠光或更長波長InGaN量子阱發光效率的方法及結構。所述方法包括以下步驟：采用一具有原子臺階的襯底，所述襯底上相鄰原子臺階形成的斜切角大于0.2°；在原子臺階面上形成緩沖層；在緩沖層上形成高溫n型GaN層；在高溫n型GaN層上形成InGaN量子阱。本發明的采用大斜切角襯底提高InGaN量子阱發光效率的方法采用斜切角大于0.2°的襯底生長綠光或更長波長InGaN量子阱有源區，可以實現綠光或更長波長InGaN量子阱的原子臺階流生長，改善其形貌，并提高InGaN量子阱的內量子效率。此外，由上述方法制備得到的InGaN量子阱既可以廣泛應用于GaN基綠光或更長波長LED、GaN基綠光或更長波長激光器中，也可以廣泛應用于多量子阱太陽能電池中。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體地講，涉及一種提高綠光或更長波長InGaN量子阱發光效率的方法及結構。

背景技術

GaN基綠光或更長波長激光器和LED在半導體顯示與照明方面有非常廣泛的應用。InGaN量子阱有源區作為GaN基激光器和LED的核心結構，其生長行為、形貌對InGaN量子阱的光學性質和器件的性能有非常重要的影響。

由于InN的平衡蒸汽壓非常高，并且In-N鍵能弱，導致InN的分解溫度低。因此，高In組分的InGaN必須在低溫下生長以保證足夠多的In并入外延層。一般用MOCVD生長InGaN的溫度大概在650℃～750℃之間。但通常在較低的生長溫度下，表面原子的遷移率低，遷移距離短。對于綠光或更長波長InGaN量子阱，由于InGaN量子阱層有更高的In組分以獲得長波長發光，在采用MOCVD的方法生長時，需要更低的溫度與更高的In/Ga比。當在斜切角較小的襯底上外延生長時，由于原子臺階寬度較大，原子落到樣品表面的時候不能遷移到原子臺階邊緣適合并入的位置并入，而是直接在原子臺階表面成核，這種情況下InGaN的AFM形貌一般是一些沿原子臺階分布的二維島狀的形貌。在這種二維島的形貌之上再生長量子壘層，會導致InGaN量子阱和量子壘層之間的表面粗糙，進而影響InGaN量子阱有源區的光學性能。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種提高綠光或更長波長InGaN量子阱發光效率的方法，從而得到呈原子臺階流生長且內量子效率高的InGaN量子阱。

本發明提供了一種提高綠光或更長波長InGaN量子阱發光效率的方法，其包括：

采用一具有原子臺階的襯底，其中所述襯底上相鄰原子臺階形成的斜切角大于0.2°；

在所述原子臺階面上形成緩沖層；

在所述緩沖層上形成高溫n型GaN層；

在所述高溫n型GaN層上形成InGaN量子阱。

進一步地，每相鄰兩個原子臺階形成的斜切角相等；和/或所述襯底上相鄰原子臺階形成的斜切角為0.2°～15°。

進一步地，所述緩沖層為低溫不摻雜GaN層，所述低溫不摻雜GaN層的厚度為10nm～30nm。

進一步地，所述高溫n型GaN層的厚度小于5000nm。

進一步地，所述高溫n型GaN層的電子濃度在10¹⁷cm^-3到10¹⁹cm^-3之間。

進一步地，所述綠光或更長波長InGaN量子阱為不摻雜的In_xGa_1-xN量子阱。

進一步地，所述In_xGa_1-xN量子阱的厚度為1nm～5nm，且所述In_xGa_1-xN量子阱的In組分隨InGaN量子阱發光波長的增加而增大。