[发明专利]一种提高GaN基LED内量子效率的外延生长方法

说明书

本发明公开了一种提高GaN基LED内量子效率的外延生长方法，该材料结构包括在蓝宝石衬底上依次层叠生长低温成核层、非故意掺杂GaN层、n型GaN层、InGaN/两部法的低温GaN/高温GaN组成的多量子阱层、电子阻挡层、p型GaN层和p型接触层。其中两部法的低温GaN盖层包括第一阶段的低温GaN生长过程中不通入H₂气体；第二阶段的低温GaN盖层生长过程中通入H₂气体。本发明采用两部法的低温GaN不仅能够有效的避免H₂气体直接对In原子的刻蚀，避免InGaN阱层中In含量的降低，还能够降低低温盖层中的位错、杂质，V形坑等缺陷密度，提高晶体质量，从而提高GaN基LED的内量子效率的目的。

技术领域

本发明属于光电子器件领域，具体涉及一种提高GaN基LED内量子效率的外延生长方法。

背景技术

氮化镓基发光二极管（Light Emitting Diode，LED）具有高亮度、低能耗、长寿命、响应速度快及环保等特点，广泛地应用于室内及路灯照明、交通信号以及户外显示、汽车车灯照明、液晶背光源等多个领域。因此，大功率白光LED被认为是21世纪的照明光源。

目前商业化的GaN基LED外延结构大都是在蓝宝石衬底上沿 [0001] 方向（c轴）异质外延。由于蓝宝石衬底和纤锌矿结构GaN在晶格常数、热膨胀系数上存在较大的差异，使得GaN体材料中的缺陷密度高达10⁸cm^-2。在外延生长中由于缺陷的遗传效应，会使得缺陷延伸至多量子阱区域。其次，为了提高In的并入效率，InGaN阱层的生长温度不能高于800℃，且In的成分越高要求的生长温度越低，然而在低温下NH₃裂解不充分，因此在外延生长中会形成诸多缺陷，如N空位，反位缺陷等，使得晶体质量下降，LED发光效率严重降低。为了提高晶体质量，GaN垒层的生长温度普遍要高于InGaN阱层的生长温度，这就需要引入低温GaN盖层来防止升温时In的流失。虽然GaN盖层能有效的防止In的流失，然而由于生长温度低，晶体质量较差。总之位于多量子阱有源区的缺陷，诸如In团簇、失配位错，穿透位错，堆垛层错，表面凹坑及V形坑等，会形成非辐射复合中心，使得载流子由于非辐射复合而大量减少，严重降低了LED的内量子效率。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种提高GaN基LED内量子效率的外延生长方法。该方法不仅能够降低量子阱区域缺陷密度，且制备方法简单，制备成本较低。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种提高GaN基LED内量子效率的外延生长方法，包括如下步骤：

提供一衬底并对衬底进行表面清洁；

在清洁后的衬底上生长GaN成核层并高温退火处理；

在退火后的GaN成核层上生长非故意掺杂GaN层；

在非故意掺杂GaN层上生长n型GaN层；

在n型GaN层上生长多量子阱发光层，所述多量子阱发光层为若干对InGaN阱层/低温GaN盖层/高温GaN垒层依次从下向上交替堆叠组成，且每层低温GaN盖层的生长均分为两阶段，第一阶段为生长过程中不通入H₂气体，第二阶段为生长过程中通入H₂气体；

在多量子阱发光层上生长p-AlGaN电子阻挡层；

在p-AlGaN电子阻挡层上生长p-GaN层和p-GaN接触层。

本发明中生长GaN成核层并高温退火处理时，所述高温退火处理的温度为950-1110℃。