一種具有InGaN導(dǎo)電層的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有InGaN導(dǎo)電層的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(簡稱“LED”)是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，它利用半導(dǎo)體材料內(nèi)部的導(dǎo)帶電子和價帶空穴發(fā)生輻射復(fù)合，是以光子形式釋放能量而直接發(fā)光的。通過設(shè)計不同的半導(dǎo)體材料禁帶寬度，發(fā)光二極管可以發(fā)射從紅外到紫外不同波段的光。
[0003]氮化物發(fā)光二極管以其具有高效、節(jié)能、長壽命以及體積小等優(yōu)點在世界范圍內(nèi)得到廣泛發(fā)展。發(fā)光波長在210~365nm的紫外發(fā)光二極管，因其調(diào)制頻率高、體積小、無汞環(huán)保以及高殺菌潛力等優(yōu)點，在殺菌消毒、生物醫(yī)藥、照明、存儲和通信等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景；發(fā)光波長在440~470nm的藍(lán)光發(fā)光二極管因其能耗低、壽命長以及環(huán)保等優(yōu)點，在照明、亮化以及顯示領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景；發(fā)光波長在500~550nm的綠光發(fā)光二極管，在亮化和顯示以及RGB三基色照明領(lǐng)域也有非常好的應(yīng)用前景。
[0004]目前GaN基綠光LED的內(nèi)量子效率很低，不到藍(lán)光LED效率的一半，這大大限制了RGB白光LED在通用照明和可見光通信領(lǐng)域的應(yīng)用。導(dǎo)致綠光LED量子效率低的主要原因有InGaN量子阱晶體質(zhì)量差、極化效應(yīng)造成的電子_空穴波函數(shù)分離嚴(yán)重等。世界各國科學(xué)家為了提高綠光LED的量子效率投入了大量精力。
[0005]中國專利CN201410307318公開了一種采用可調(diào)控能帶量子阱結(jié)構(gòu)及外延片生長方法，其主要技術(shù)方案是采用一個或者多個組分漸變的量子阱勢阱層，實現(xiàn)對量子阱區(qū)域的能帶調(diào)控，提高量子阱有源區(qū)電子-空穴波函數(shù)重疊，提高量子阱區(qū)域的輻射復(fù)合效率，進(jìn)而提高LED的功率和發(fā)光效率。本方法的缺點是量子阱層與皇層的晶格失配度仍然很大，量子阱層的晶體質(zhì)量較差。缺陷造成的自發(fā)輻射復(fù)合中心仍會明顯降低LED的發(fā)光效率。
[0006]中國專利CN201210093564.5公開了一種利用金屬核殼結(jié)構(gòu)的等離子體增強(qiáng)綠光發(fā)光二極管內(nèi)量子效率的方法。其技術(shù)方案是首先在襯底上生長LED結(jié)構(gòu)，然后生長納米金屬耦合層，之后生長PGaN蓋層和pGaN接觸層，通過金屬離子的等離子體提高發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。本方法的缺點是需要二次外延，大大提高了成本，另外金屬粒子與量子阱太近，容易造成漏電。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型針對現(xiàn)有GaN基發(fā)光二極管外延片InGaN阱與GaN晶格失配度大，InGaN量子阱晶體質(zhì)量差，電子-空穴波函數(shù)分離嚴(yán)重導(dǎo)致的內(nèi)量子效率低的問題，提出一種采用N型InGaN作為N型導(dǎo)電層，非故意摻雜的InGaN作為多量子阱勢皇層，P型InGaN作為P型導(dǎo)電層的具有InGaN導(dǎo)電層的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
[0008]本實用新型的技術(shù)方案如下。
[0009]—種具有InGaN導(dǎo)電層的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，包括襯底、GaN緩沖層、N型導(dǎo)電層、多量子阱有源區(qū)和P型導(dǎo)電層，所述多量子阱有源區(qū)包括若干周期交替排列的InGaN多量子阱勢阱層和InGaN多量子阱勢皇層，所述N型導(dǎo)電層為N型InGaN導(dǎo)電層，P型導(dǎo)電層為P型InGaN導(dǎo)電層。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述GaN緩沖層為GaN成核層，厚度為10-100 nm。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述GaN緩沖層包括GaN成核層和非故意摻雜GaN層，其中GaN成核層厚度為10-100 nm，非故意摻雜GaN層厚度為100-4000 nm。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述N型InGaN導(dǎo)電層的硅摻雜濃度2 X 1018cnT3-2 X 1019cnT3。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述N型InGaN導(dǎo)電層，厚度為1000_4000nm #型InGaN導(dǎo)電層中的In組分大于0，且小于InGaN多量子阱勢阱層的In組分。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述N型GaN導(dǎo)電層包括N型GaN層、In組分漸變InGaN層和N型InGaN導(dǎo)電層；所述N型GaN層厚度100-2000 nm,所述In組分漸變InGaN層厚度50-1000nm，所述N型InGaN導(dǎo)電層厚度100-2000 nm ；N型InGaN導(dǎo)電層中的In組分大于0，且小于InGaN多量子阱勢阱層的In組分；所述N型InGaN導(dǎo)電層的In組分與InGaN多量子阱勢皇層的In組分相同。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)化地，InGaN多量子阱勢皇層的In組分大于0，且小于InGaN多量子阱勢阱層的In組分。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)化地，P型導(dǎo)電層為P型InGaN導(dǎo)電層，厚度為20-1000 nm ;P型InGaN導(dǎo)電層的In組分大于0，且小于InGaN多量子阱勢阱層的In組分；所述P型InGaN導(dǎo)電層的In組分與InGaN多量子阱勢皇層的In組分相同。
[0017]進(jìn)一步優(yōu)化地，P型InGaN導(dǎo)電層中鎂的摻雜濃度2X 1018cnT3-2X 102°cnT3
[0018]所述InGaN多量子阱勢阱層即InGaN勢阱層的In組分由LED預(yù)期的發(fā)光波長決定。
[0019]所述InGaN多量子阱勢皇層In的組分大于1% (原子數(shù)量百分比)，且小于InGaN多量子阱勢皇層即InGaN勢阱層的In組分。
[0020]所述N型漸變In組分InGaN過渡層的In組分沿著生長方向由O提高到與InGaN多量子阱勢皇層的銦組分相同。
[0021]本實用新型還提供制備上述具有InGaN導(dǎo)電層的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，其包括以下步驟:
[0022](I).將襯底放入金屬有機(jī)化學(xué)氣相化學(xué)沉積設(shè)備中，在高溫、氫氣氣氛中對襯底片進(jìn)行清洗，去除襯底表面的污染物；
[0023](2).將溫度降低到550攝氏度，反應(yīng)室通入氨氣、氫氣和三甲基鎵，在步驟(I)所述的襯底片上生長30 nm的GaN成核層；
[0024](3).將反應(yīng)室溫度提高到1100度，通入氨氣、氫氣和三甲基鎵，在步驟(2)所述的成核層上生長2um的非故意摻雜GaN層；
[0025](4).反應(yīng)室通入硅烷、氨氣、氫氣和三甲基鎵，在步驟(3)所述的非故意摻雜GaN層上生長N型GaN導(dǎo)電層，厚度2 um，硅摻雜濃度8 X 1018cm_3;
[0026](5).反應(yīng)室溫度降低到900攝氏度后，通入硅烷、三甲基鎵、三甲基銦，同時溫度緩慢降低至800攝氏度，在步驟(4)所述N型GaN導(dǎo)電層上生長In組分漸變提高的N型摻雜InGaN層；
[0027]￠).反應(yīng)室溫度保持800攝氏度，通入硅烷、氨氣、氮氣、三甲基鎵和三甲基銦，在(5)所述的樣品上，生長N型摻雜的InGaN導(dǎo)電層，厚度lum，摻雜濃度8X 1018cm_3;
[0028](7).反應(yīng)室溫度保持800攝氏度，在步驟(6)所述的N型摻雜InGaN導(dǎo)電層上生長InGaN多量子阱勢皇層，勢皇層中的銦組分比勢阱層低10% ;
[0029](8).反應(yīng)室溫度降低到700攝氏度度，在步驟(7)所述的InGaN勢皇層上生長InGaN多量子阱勢阱層。
[0030](9).循環(huán)重復(fù)如下步驟(a)、步驟(b) 10次，得到InGaN/InGaN多量子阱有源區(qū):
[0031](a).將反應(yīng)室溫度升至800攝氏度，繼續(xù)生長InGaN多量子阱勢皇層，多量子阱勢皇層中的銦組分比勢阱層低10%;
[0032](b).反應(yīng)室溫度降低到700攝氏度度，在步驟(a)所述的InGaN多量子阱勢皇層上生長多量子阱InGaN勢阱層；
[0033](10).反應(yīng)室通入二茂鎂、氨氣、氮氣三甲基鎵和三甲基銦，溫度提高到800攝氏度，在步驟(9)所述的有源區(qū)上生長P型InGaN導(dǎo)電層，銦組分與勢皇層的銦組分相同，厚度 200 nm,摻雜濃度 5 X 119CnT30
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果:
[0035]本實用新型針對現(xiàn)有GaN基發(fā)光二極管外延片InGaN量子阱與GaN量子皇的晶格失配度大，InGaN量子阱晶體質(zhì)量差，電子_空穴波函數(shù)分離嚴(yán)重導(dǎo)致的內(nèi)量子效率低