[发明专利]一种具有双梯度的量子阱结构的近紫外LED制备方法

权利要求书

1.一种具有双梯度的量子阱结构的近紫外LED制备方法，其特征在于：在其LED外延片结构生长过程中，以三甲基镓(TMGa)和三乙基镓(TEGa)作为Ga源；以三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)和氨气分别作为Al、In和N源；以硅烷(SiH₄)和二茂镁(Cp₂Mg)分别作为n型、p型掺杂剂，所述LED，为其峰值波长范围在390nm-405nm的近紫外LED，其外延结构从下向上依次为：PSS衬底(101)、低温GaN成核层(102)、高温非掺杂GaN缓冲层(103)、n型GaN层(104)、n^--GaN电流扩展层(105)、InGaN/AlGaN多量子阱有源层(106)、复合电子阻挡层(107)、高温p型GaN层(108)、p型InGaN接触层(109)；其制备方法包括以下步骤：

步骤一，在MOCVD反应室中，将PSS衬底(101)，在H₂气氛、1080℃-1100℃、反应室压力100torr的环境下，处理5-10分钟；然后降低温度，在530-550℃、反应室压力300-600torr、H₂气氛的环境下，以V/III摩尔比为500-1300，三维生长30-50纳米厚的低温GaN缓冲层(102)；

步骤二，在1000-1100℃、反应室压力200-300torr、氢气气氛的环境下，以V/III摩尔比为1000-1300，生长2-3微米厚的高温非掺杂GaN缓冲层(103)；

步骤三，在1000-1100℃、反应室压力100-200torr、H₂气氛的环境下，以V/III摩尔比为1000-1300、Si掺杂浓度为10¹⁸-10¹⁹cm^-3，生长2-4微米厚的n型GaN层(104)；

步骤四，在1000-1100℃、反应室压力100-200torr、H₂气氛的环境下，以V/III摩尔比为1000-1300、Si掺杂浓度为10¹⁷-10¹⁸cm^-3，生长300-500纳米厚的n^--GaN电流扩展层(105)；

步骤五，在750-850℃、反应室压力300torr、N₂气氛的环境下，以V/III摩尔比为5000-10000，接着生长双梯度InGaN/AlGaN多量子阱有源层(106)；其中第一梯度量子阱阱层In_x1Ga_1-x1N的厚度范围在2-4nm，其In组分x1；其中垒层Al_y1Ga_1-y1N厚度为6nm，Al组分y1，0.05≤y1≤0.1；其中垒层Si掺杂浓度分三个梯度分别为：Si掺杂浓度为10¹⁷-10¹⁸cm^-3，Al_y1Ga_1-y1N厚度为2nm；Si掺杂浓度为10¹⁶-10¹⁷cm^-3，Al_y1Ga_1-y1N厚度为2nm；Si掺杂浓度为10¹⁷-10¹⁸cm^-3，Al_y1Ga_1-y1N厚度为2nm；此基础上生长4-6个周期第二梯度量子阱结构：

In_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN；其中阱层In_xGa_1-xN的厚度范围在2-4nm，其In组分x，0.03＜x1＜x＜0.1；其中垒层Al_yGa_1-yN厚度为10nm，其Al组分y，0.05≤y1≤y≤0.1；其中垒层Si掺杂浓度分三个梯度分别为：Si掺杂浓度为10¹⁷-10¹⁸cm^-3，Al_yGa_1-yN厚度为3nm；Si掺杂浓度为10¹⁶-10¹⁷cm^-3，Al_yGa_1-yN厚度为4nm；Si掺杂浓度为10¹⁷-10¹⁸cm^-3，Al_yGa_1-yN厚度为3nm；

步骤六，在900℃-1000℃、反应室压力100-300torr、N₂气氛的环境下，以V/III摩尔比为5000-10000、Mg掺杂浓度10¹⁷-10¹⁸cm^-3，在有源层上，生长复合电子阻挡层(107)；采用复合电子阻挡层(107)，第一层电子阻挡层为4-6个周期In_x2Ga_1-x2N/Al_y2Ga_1-y2N超晶格，其中InGaN厚度为2nm-2.5nm，AlGaN厚度为1.5nm-2nm；第二层电子阻挡层为8-10个周期p-In_x2Ga_1-x2N/Al_y2Ga_1-y2N超晶格，其中InGaN厚度为3nm-4nm，AlGaN厚度为2.5nm-3nm，Mg掺杂浓度10¹⁷-10¹⁸cm^-3，其中In组分x2，0.01≤x2＜x1＜x＜0.1，其中Al的组分y2，0.05≤y1≤y≤y2≤0.1；

步骤七，在950℃-1050℃、反应室压力100torr、H₂气氛的环境下，以V/III摩尔比为2000-5000、Mg掺杂浓度10¹⁷-10¹⁸cm^-3，生长100nm-200nm厚的高温p型GaN层(108)；

步骤八，在650℃-750℃、反应室压力300torr、H₂气氛的环境下，以V/III摩尔比为5000-10000、Mg掺杂浓度大于10¹⁸cm^-3，生长2nm-4nm厚的p型InGaN层(109)。