[发明专利]一种高发光效率氮化镓基LED外延片的制备方法

摘要

本发明公开了一种高发光效率氮化镓基LED外延片的制备方法，该材料结构包括依次层叠的低温GaN成核层、非故意掺杂的镂空结构GaN层、N型GaN层、多量子阱有源层、电子阻挡层及P型GaN层。其中生长镂空结构GaN层包括先生长非故意掺杂的GaN层，然后用H2气体在高温下对非故意掺杂的GaN层进行刻蚀，形成镂空结构，即靠近GaN表面的位置刻蚀孔窄而小，而延伸到GaN内部刻蚀孔变得大而宽，最后生长平坦化的GaN层获得表面平整而内部镂空的GaN结构。本发明采用H2刻蚀GaN非故意掺杂层，获得镂空结构的GaN层不仅能够减少全内反射，有利于提高GaN基LED的光提取效率，还能够释放应力，降低量子阱中的位错密度，提高外延片的晶体质量，有利于提高发光效率。

主权项

一种氮化镓基LED外延片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将蓝宝石衬底在反应腔氢气氛围中进行高温清洁衬底表面，温度为1060‑1100℃，时间为5min‑10min；步骤二：将反应腔温度降低到520‑550℃，然后在处理好的蓝宝石衬底上生长低温GaN成核层，成核层厚度为20‑40nm；步骤三：对低温GaN成核层进行退火，将反应腔温度升高到950‑1050℃，并稳定2min，此过程中通入NH3气体，经过退火处理的GaN成核层由非晶层转变为GaN 3D岛状结构；步骤四：通入金属有机源TMGa和NH3气体，在GaN 3D岛状结构上生长非故意掺杂的GaN 层，生长厚度为2~4um；步骤五：将反应腔温度控制在1050‑1100℃，关闭NH3气体和金属有机源TMGa，通入N2气体和H2气体，在反应腔压力为100‑300Torr时用H2刻蚀15‑30min，再在压力为500‑700Torr时用H2刻蚀10‑20min，刻蚀过程中H2流量为0.5‑1.5slm，N2流量为1.5‑3.5slm，得到镂空GaN结构；步骤六：通入NH3气体和金属有机源TMGa，关闭H2气体，在H2处理后的镂空GaN结构上生长平坦化GaN层，厚度为1~2um，生长温度为1050‑1200℃，生长压力为 50‑300Torr；步骤七：生长Si掺杂的GaN层，该层载流子浓度为 1018‑1019cm‑3，厚度为1‑3um，生长温度为1050‑1200℃，生长压力为 50‑300Torr；步骤八：生长 3‑6个周期的多量子阱结构，其中垒层为GaN， 阱层为 InGaN，In 组分以质量分数计为 10‑30％，阱层厚度为 2‑5nm，生长温度为 700‑800℃，垒层厚度为 8‑13nm，生长温度为 800‑950℃，生长过程中压力为200‑500Torr；步骤九：生长20‑50nm厚的p‑AlGaN电子阻挡层，该层中Al组分以质量分数计为 10‑20％，空穴浓度为 1017‑1018cm‑3，生长温度为 850℃‑1000℃，压力为50‑300Torr；步骤十：生长Mg掺杂的GaN层，厚度为100‑300nm，生长温度为850‑1000℃，生长压力为100‑500Torr，空穴浓度为1017‑1018cm‑3；步骤十一：外延生长结束后，将反应室的温度降至 650‑800℃， 在纯氮气氛围中进行退火处理5‑15min，然后降至室温，结束生长，得到外延片。