[發明專利]一種提高GaN基LED內量子效率的外延方法

有效

• 申請號: 201710140746.6
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106876545B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 許并社;朱亞丹;盧太平;周小潤
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01L33/04
• 分類號: H01L33/04;H01L33/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 張彩琴

本發明屬于光電子器件領域，具體涉及一種提高GaN基LED內量子效率的外延方法，該材料結構包括在襯底上依次層疊生長低溫成核層、非故意摻雜GaN層、n型GaN層、InGaN/H₂氣體處理的低溫GaN/高溫GaN組成的多量子阱層、電子阻擋層、p型GaN層和p型接觸層。其中H₂氣體處理的低溫GaN蓋層是在生長蓋層的過程中通入小流量的H₂氣體。本發明采用在生長多周期量子阱的低溫GaN蓋層時，原位通入小流量的H₂氣體，不僅能夠去除或者鈍化發光區域的位錯、雜質、V形坑等缺陷，提高晶體質量，還能夠減少In的團簇，改善In組分的均勻性，有利于形成陡峭的阱壘界面。因此，通過本發明可以提高GaN基LED的內量子效率。

技術領域

本發明屬于光電子器件領域，具體涉及一種提高GaN基LED內量子效率的外延方法。

背景技術

氮化鎵基發光二極管（Light Emitting Diode，LED）具有高亮度、低能耗、長壽命、響應速度快及環保等特點，廣泛地應用于室內及路燈照明、交通信號以及戶外顯示、汽車車燈照明、液晶背光源等多個領域。因此，大功率白光LED被認為是21世紀的照明光源。

目前商業化的GaN基LED外延結構大都是在藍寶石襯底上沿 [0001] 方向（c軸）異質外延。由于藍寶石襯底和纖鋅礦結構GaN在晶格常數、熱膨脹系數上存在較大的差異，使得GaN體材料中的缺陷密度高達10⁸cm^-2。在外延生長中由于缺陷的遺傳效應，會使得缺陷延伸至多量子阱區域。其次，為了提高In的并入效率，InGaN阱層的生長溫度不能高于800℃，且In的成分越高要求的生長溫度越低，然而在低溫下NH₃裂解不充分，因此在外延生長中會形成諸多缺陷，如N空位，反位缺陷等，使得晶體質量下降，LED發光效率嚴重降低。為了提高晶體質量，GaN壘層的生長溫度普遍要高于InGaN阱層的生長溫度，這就需要引入低溫GaN蓋層來防止升溫時In的流失。雖然GaN蓋層能有效的防止In的流失，然而由于生長溫度低，晶體質量較差。總之位于多量子阱有源區的缺陷，諸如In團簇、失配位錯，穿透位錯，堆垛層錯，表面凹坑及V形坑等，會形成非輻射復合中心，使得載流子由于非輻射復合而大量減少，嚴重降低了LED的內量子效率。

發明內容

本發明目的在于針對上述問題，提供一種提高GaN基LED內量子效率的外延方法，該方法不僅能夠降低量子阱區域缺陷密度，且制備方法簡單，制備成本較低。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種提高GaN基LED內量子效率的外延方法，包括以下步驟：

提供一襯底并對襯底進行表面清潔；

在清潔后的襯底上生長GaN成核層并高溫退火處理；

在退火后的GaN成核層上生長非故意摻雜GaN層；

在非故意摻雜GaN層上生長n型GaN層；

在n型GaN層上生長多量子阱發光層，所述多量子阱發光層為若干對InGaN阱層/低溫GaN蓋層/高溫GaN壘層依次從下向上交替堆疊組成，且低溫GaN蓋層生長過程中通入H₂氣體；

在多量子阱發光層上生長p-AlGaN電子阻擋層；

在p-AlGaN電子阻擋層上生長p-GaN層和p-GaN接觸層。

本發明中生長GaN成核層并高溫退火處理時，所述高溫退火處理的溫度為950-1110℃。