[发明专利]一种提高LED发光效率的外延生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体照明技术领域，具体为一种提高LED发光效率的外延生长方法。

背景技术

发光二极管（LED，Light Emitting Diode）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。LED发光效率是衡量LED器件好坏至关重要的指标之一，而改善LED器件的发光特性已经成为提高发光效率的主要因素。

外延量子阱垒层的生长方法对LED器件的发光亮度影响很大，垒层材料的结晶质量、界面的陡峭程度、载流子限制、载流子注入、量子限制斯塔克效应、电子泄漏等与阱垒生长方式有着密切关系。为进一步改善和提高LED的发光效率，特别是内量子效率的提高，我们对量子阱结构中的垒层采取优化生长，其目的在于改善自发极化及压电极化所引起的量子限制斯塔克效应（QCSE），减弱极化电场影响，降低材料晶格失配，减小应力。通过优化结构的垒层外延生长方法，可以有效减少电子泄露，提高电子与空穴的辐射复合效率，提高内量子效率，从而提高器件的发光效率。

发明内容

    本发明所解决的技术问题在于提供一种提高LED发光效率的外延生长方法，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种提高LED发光效率的外延生长方法，其外延结构从下向上的顺序依次为：衬底、低温GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型GaN层、多量子阱结构MQW、多量子阱有源层、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层和P型接触层，其生长方法包括以下步骤：

步骤一，将衬底在1000-1200℃氢气气氛里进行高温清洁处理5-20min，然后进行氮化处理；

步骤二，将温度下降到500-650℃之间，生长厚度为20-30nm的低温GaN缓冲层，生长压力控制在300-760Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为10-1200；

步骤三，所述低温GaN缓冲层生长结束后，停止通入三甲基镓（TMGa），衬底温度升高至900-1200℃之间，对所述低温GaN缓冲层进行原位热退火处理，退火时间在5-30min，退火之后，将温度调节至1000-1200℃之间，外延生长厚度为0.5-2μm的GaN非掺杂层，生长压力在100-500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为150-2000；

步骤四，所述GaN非掺杂层生长结束后，生长一层掺杂浓度稳定的N型GaN层4，厚度为1.2-4.2μm，生长温度在1000-1200℃之间，压力在100-600Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为100-2500；

步骤五，所述N型GaN层生长结束后，生长多量子阱结构MQW，所述多量子阱结构MQW由2-15个周期的InxGa1-xN/GaN (0<x<0.4)多量子阱组成，1个周期的InxGa1-xN/GaN量子阱厚度在2-5nm之间，生长温度为720-920℃，压力在100-600Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为200-5000；

步骤六，所述多量子阱结构MQW生长结束后，生长多量子阱有源层，所述多量子阱有源层生长温度在720-820℃之间，压力在100-500 Torr之间，Ⅴ /Ⅲ摩尔比在300-5000之间，所述发光层多量子阱由3-20个周期的InyGa1-yN(x<y<1)/GaN 多量子阱组成，所述发光层多量子阱的厚度在2-5nm之间；所述发光层多量子阱中In的摩尔组分含量是不变的，在10%-50%之间；最后一个量子垒（LQB）结构采用AlxGa1-xN/InyGa1-yN(0<x<1, 0<y<1)超晶格结构生长，周期数为1-20，每个周期的厚度为5-30nm，生长温度在820-920℃之间，压力在100-500 Torr之间，Ⅴ /Ⅲ摩尔比在10-5000之间；

步骤七，所述多量子阱有源层生长结束后，生长厚度为10-100nm的低温P型GaN层，生长温度在620-820℃之间，生长时间为5-35min，压力在100-500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为300-4800；

步骤八，所述低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为10-50nm的P型AlGaN层，生长温度在900-1100℃之间，生长时间为5-15min，压力在50-500Torr之间，Ⅴ/Ⅲ比为5-800，P型AlGaN层8中Al的摩尔组分含量控制在10%-30%之间；