[发明专利]一种发光复合层的生长方法及含此结构的LED外延结构

摘要

本发明的第一目的公开了一种发光复合层的生长方法，包括周期性生长8‑9个单件，所述单件由下至上依次包括第一InxGa(1‑x)N层和第一GaN层，其中：x＝0.15‑0.25。本发明的第二目的在于提供一种包含上述发光复合层的LED外延结构。本发明的发光复合层(即为高温量子阱结构)能够起到吸收来自外延层底部的晶格失配和位错，释放内部应力的作用，从而减少进入低温量子阱的晶格缺陷，很大程度上保护了低温量子阱，提高了发光区的结晶质量，提高LED外延结构的抗静电能力；同时，该结构采用低温生长，能够大幅度减少In的析出，对载流子的限域作用增强，增加发光量子点，有助于提升辐射复合效率，从而提高发光强度。

主权项

1.一种LED外延结构的生长方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、在1070‑1100℃的氢气气氛下，保持反应腔压力为150‑200mbar，处理蓝宝石衬底(1)5‑10分钟；步骤S2、降温至520‑550℃，保持反应腔压力为550‑600mbar，通入流量为10000‑20000sccm的NH3以及50‑80sccm的TMGa，在蓝宝石衬底(1)上生长厚度为30‑40nm的低温缓冲层(2)；步骤S3、升高温度至1020‑1040℃，保持反应腔压力为550‑600mbar，通入流量为35000‑50000sccm的NH3以及250‑350sccm的TMGa，持续生长厚度为2‑4μm的不掺杂GaN层(3)；步骤S4、保持温度不变，反应腔压力维持在150‑200mbar，通入流量为50000‑60000sccm的NH3、200‑400sccm的TMGa以及20‑50sccm的SiH4，持续生长厚度为2‑4μm的掺杂Si的N型GaN层(4)，其中：Si的掺杂浓度为1E19‑2E19atom/cm3；步骤S5、生长发光复合层，具体是：包括周期性生长8‑9个单件，所述单件由下至上依次包括第一InxGa(1‑x)N层(5.1)和第一GaN层(5.2)，所述第一InxGa(1‑x)N层(5.1)位于掺杂Si的N型GaN层(4)之上，所述第一GaN层(5.2)位于发光层(6)之下；所述第一InxGa(1‑x)N层(5.1)的生长步骤具体是：保持反应腔压力为300‑350mbar、温度为755‑775℃，通入流量为50000‑60000sccm的NH3、120‑140sccm的TMIn以及1000‑1200sccm的TEGa，生长厚度为1.0‑1.5nm的第一InxGa(1‑x)N层，其中：x＝0.15‑0.25；所述第一GaN层(5.2)的生长步骤具体是：保持反应腔压力为300‑350mbar、升高温度至800‑820℃，通入流量为50000‑60000sccm的NH3以及400‑500sccm的TEGa，生长厚度为6.1‑6.4nm的第一GaN层；步骤S6、生长发光层(6)，所述发光层包括周期数为11‑12个的复合层，所述复合层由下至上依次包括第二InxGa(1‑x)N层(6.1)和第二GaN层(6.2)；所述第二InxGa(1‑x)N层(6.1)的生长过程是：保持反应腔压力为300‑350mbar、温度为720‑740℃，通入流量为55000‑65000sccm的NH3、120‑140sccm的TEGa以及1500‑2000sccm的TMIn，生长掺杂In的厚度为2.5‑3.0nm的第二InxGa(1‑x)N层(6.1)，其中：x＝0.15‑0.25；所述第二GaN层(6.2)的生长过程是：升高温度至800‑820℃，保持反应腔压力为300‑350mbar，通入流量为50000‑70000sccm的NH3以及400‑500sccm的TEGa，生长厚度为10‑13nm的第二GaN层(6.2)；步骤S7、生长包括4个超晶格单件的超晶格层(7)，所述超晶格单件由下至上依次包括AlyGa(1‑y)N层(7.1)和第三InxGa(1‑x)N层(7.2)；所述AlyGa(1‑y)N层(7.1)的生长过程具体是：保持反应腔压力为200‑250mbar、温度为770‑800℃，通入流量为50000‑70000sccm的NH3、20‑50sccm的TMGa，持续生长厚度为7.0‑9.0nm的AlyGa(1‑y)N层(7.1)，其中：Al的掺杂浓度为1.8E20‑2.2E20atom/cm3，Mg的掺杂浓度为8E19‑1E20atom/cm3，In掺杂浓度为3E18‑5E18atom/cm3，y＝0.1‑0.2；所述第三InxGa(1‑x)N层(7.2)的生长过程具体是：保持反应腔压力为200‑250mbar、温度为770‑800℃，通入流量为50000‑70000sccm的NH3、20‑40sccm的TMGa以及1000‑1500sccm的TMIn，生长掺杂In的厚度为2.0‑4.0nm的第三InxGa(1‑x)N层(7.2)，其中x＝0.2‑0.3；步骤S8、保持反应腔压力为550‑600mbar、温度升高至910‑930℃，通入流量为50000‑70000sccm的NH3、40‑60sccm的TMGa、100‑130L/min的N2以及300‑500sccm的Cp2Mg，持续生长厚度为40‑45nm的第一掺Mg的P型GaN层(8)，其中：Mg的掺杂浓度为3E19‑4E19atom/cm3；步骤S9、保持反应腔压力不变，温度升高至950‑970℃，通入流量为50000‑70000sccm的NH3、40‑60sccm的TMGa、100‑130L/min的H2以及2000‑3000sccm的Cp2Mg，持续生长厚度为50‑60nm的第二掺Mg的P型GaN层(9)，其中：Mg的掺杂浓度为2E20‑3E20atom/cm3；步骤S10、最后降温至650‑700℃，保温20‑30min，随炉冷却。