[发明专利]具有渐变In组分p型InGaN导电层的GaN基绿光LED外延结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管外延结构及其制备方法，特别是涉及一种具有渐变In组分pInGaN导电层的GaN基绿光LED外延结构及其制备方法，属于半导体技术领域。

背景技术

发光二极管(简称“LED”)是一种半导体固体发光器件，它利用半导体材料内部的导带电子和价带空穴发生辐射复合，是以光子形式释放能量而直接发光的。通过设计不同的半导体材料禁带宽度，发光二极管可以发射从红外到紫外不同波段的光。

氮化物发光二极管以其具有高效、节能、长寿命以及体积小等优点在世界范围内得到广泛发展。发光波长在210～365nm的紫外发光二极管，因其调制频率高、体积小、无汞环保以及高杀菌潜力等优点，在杀菌消毒、生物医药、照明、存储和通信等领域有广泛的应用前景；发光波长在440～470nm的蓝光发光二极管因其能耗低、寿命长以及环保等优点，在照明、亮化以及显示领域有巨大的应用前景；发光波长在500～550nm的绿光发光二极管，在亮化和显示以及RGB三基色照明领域也有非常好的应用前景。

目前GaN基绿光LED的内量子效率很低，不到蓝光LED效率的一半，这大大限制了RGB白光LED在通用照明和可见光通信领域的应用。导致绿光LED量子效率低的主要原因有InGaN量子阱晶体质量差、极化效应造成的电子‐空穴波函数分离严重等。世界各国科学家为了提高绿光LED的量子效率投入了大量精力。

发明内容

本发明针对现有GaN基绿光LED空穴注入效率低、发光效率差的问题，提出一种具有渐变In组分pInGaN导电层的GaN基绿光LED外延结构。

本发明还提供一种上述GaN基绿光LED外延结构的制备方法。

本发明的技术方案如下：

具有渐变In组分p型InGaN导电层的GaN基绿光LED外延结构，包括自下而上依次连接的衬底、GaN成核层、GaN缓冲层、N型GaN导电层、多量子阱有源区和渐变In组分p型InGaN导电层；所述多量子阱有源区由5‐15对InGaN量子阱和GaN量子垒交替叠加组成；所述渐变In组分p型InGaN导电层的厚度为200‐400nm；所述渐变In组分p型InGaN导电层的In原子百分比沿着生长方向由15％渐变降低到0。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述衬底的厚度为300‐500um。

优选地，所述GaN成核层2的厚度为20‐50nm。

优选地，所述GaN缓冲层3的厚度为2‐4um。

优选地，所述N型GaN导电层4的厚度为2‐4um。

优选地，所述InGaN量子阱5的厚度为2.5‐3.5nm。

优选地，所述GaN量子垒6的厚度为5‐15nm。

优选地，所述多量子阱有源区的厚度为100‐500nm。

所述具有渐变In组分p型InGaN导电层的GaN基绿光LED外延结构的生长方法，包括以下步骤：

1)将衬底放入金属有机化学气相化学沉积设备中，在高温、氢气气氛中对衬底片进行清洗，去除衬底表面的污染物；

2)将温度降低到550℃，在步骤1)所述的衬底片上生长GaN成核层；

3)将反应室温度提高到1100℃，在步骤2)所述的成核层上生长GaN缓冲层；

4)在步骤3)所述的GaN层上生长N型GaN导电层，控制掺杂浓度为8×10¹⁸cm^‐3；

5)反应室温度降低到850℃，在步骤4)所述的N型GaN导电层上生长GaN量子垒；

6)循环重复如下步骤a)和步骤b)5‐10次，得到InGaN/GaN多量子阱有源区：

a)反应室温度降低到750℃，在步骤a)所述的InGaN量子垒上生长InGaN量子阱；

b)将反应室温度升至850℃，继续生长GaN量子垒层；

7)反应室通入二茂镁、氨气、氮气、三甲基镓和三甲基铟，其中二茂镁、氨气、氮气和三甲基镓流量分别是300cc、16000cc、21000cc、11cc，反应室温度保持850℃，生长过程通入反应室的三甲基铟流量由500cc线性降低到0cc，在步骤6)所述的有源区上生长P型InGaN导电层，控制所述渐变In组分p型InGaN导电层的厚度为200‐400nm。

优选地，步骤7)控制掺杂浓度为5×10¹⁹cm^‐3。