[发明专利]一种氮化镓基发光二极管外延片结构及其制备方法

权利要求书

1.一种氮化镓基发光二极管外延片结构，其特征在于设有蓝宝石衬底、未掺杂的GaN缓冲层、第1掺硅GaN层、介质层、第2掺硅GaN层，3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱、掺镁AlGaN层和掺镁GaN层，从下至上未掺杂的GaN缓冲层、第1掺硅GaN层、介质层、第2掺硅GaN层，3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱、掺镁AlGaN层和掺镁GaN层依次设在蓝宝石衬底上。

2.如权利要求1所述的一种氮化镓基发光二极管外延片结构，其特征在于未掺杂的GaN缓冲层的厚度为10～40nm，第1掺硅GaN层的厚度为2～3μm，介质层的厚度为100～200nm，第2掺硅GaN层的厚度为2～3μm，3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱的每个周期的厚度为3～5nm，掺镁AlGaN层的厚度为0.1～0.2μm，掺镁GaN层的厚度为0.2～0.3μm。

3.如权利要求1或2所述的一种氮化镓基发光二极管外延片结构，其特征在于介质层为SiO₂层或SiN层。

4.如权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

1)将(0001)面的蓝宝石衬底装入反应室，在H₂气氛下加热至1050～1200℃对衬底进行热处理10～20min；接着降温在500～600℃生长厚度10～40nm的GaN缓冲层；

2)在950～1100℃下在GaN缓冲层上生长0.5～2μm第1掺硅GaN层，降温取出样品；

3)在200～300℃下在样品上用PE-CVD沉积法沉积100～200nm厚的SiO₂层或SiN层，分别沿第1掺硅GaN层的方向用传统的光刻工艺刻出2～10μm宽的窗口作为图形衬底，得带有图形衬底的样品；

4)样品清洗后放入金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统中进行外延生长：首先在950～1100℃下生长一层2～3μm的第2掺硅GaN层，接着在N₂气氛下生长3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱，最后生长0.1～0.2μm厚的掺镁AlGaN层和0.2～0.3μm厚的掺镁GaN层，整个外延生长完成后，将外延片在700～850℃的N₂气氛下退火10～20min，得氮化镓基发光二极管外延片。

5.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于Ga、In、Mg、N、Si源分别为三甲基镓，三甲基铟，三甲基铝，二茂镁、NH₃和硅烷。

6.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于生长GaN缓冲层的压力为500～600Torr，载气流量为10～30L/min，TMGa流量为20～120μmol/min，NH₃流量为80～120mol/min。

7.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于生长第1掺硅GaN层和第2掺硅GaN层的压力为100～300Torr，载气流量为5～20L/min，TMGa流量为80～400μmol/min，NH₃流量为120～500mol/min，SiH₄流量为0.2～2.0nmol/min。

8.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于生长InGaN/GaN多量子阱的压力为50～500Torr，载气流量为5～20L/min，NH₃流量为120～500mol/min，阱层的厚度为2.0～5.0nm，阱层的生长温度为700～900℃，TMGa流量为1.0～4.0μmol/min，TMIn流量为10～40μmol/min，垒层的厚度为5～20nm，垒层的生长温度为700～900℃，TMGa流量为10～40μmol/min。

9.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于生长掺镁AlGaN层和掺镁GaN层的压力为76～200Torr，载气流量为5～20L/min，生长温度为1000～1100℃，TMGa的流量为20～50μmol/minTMAl的流量为2.0～5.0μmol/min，NH3流量为120～500mol/min，Cp₂Mg的流量为0.5～5.0μmol/min。

10.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于窗口的图形为条形，六边形，菱形或者圆形，其中条形窗口的宽度为2～8μm，周期为8～20μm，长度为1～3cm，六边形窗口的外接圆的直径为5～10μm，周期为10～20μm，菱形窗口的内接圆的直径为4～10μm，周期为10～20μm，圆形窗口的直径为5～10μm，周期为10～20μm。