CN100392881C - 一种GaN基LED外延片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体光电子器件领域，特别是一种新型结构的GaN基LED外延片及其制备方法。该新型的GaN基LED外延片的结构从下至上依次为衬底、n型层、量子阱、限制层、缓冲层及p型层，其特点是p型层为空穴浓度为2×1018～6×1018cm-3的掺受主的GaP层，并在缓冲层与量子阱之间生长一n型限制层。p型层空穴浓度增大，可降低p型层电阻，外加电压下能增加空穴的注入，并使电流扩散更均匀。同时，限制层能克服由于GaP禁带宽度小，对量子阱内电子和空穴的限制作用小的缺点，大大增强对量子阱内的电子和空穴起限制作用，增大量子阱中电子和空穴的复合，从而明显改善GaN基LED的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电子器件领域，特别是一种新型结构的GaN基LED外延片及其制备方法。
背景技术
GaN基高亮度发光二极管(LED)是目前全球光电子领域研究和产业的前沿和热点。GaN基LED制备要经过LED外延片生长，LED芯片制备和LED封装三个主要环节。其中LED外延片制备是LED的核心技术，它对LED的性能水平起主要作用。
现有的GaN基LED外延片均采用GaN为p型层主体，有时会在p型GaN生长前生长很薄的AlGaN层，以增大对载流子的束缚。目前GaN基LED和激光器(LD)均采用这种结构。p型GaN存在的问题主要表现在：
1、GaN禁带宽度高达3.4eV，受主杂质电离能高，获得高空穴浓度的p型层十分困难。p型GaN的空穴浓度一般不超过1×1018cm-3，在此浓度下，空穴迁移率一般小于10cm2/V·s。而且，为了减小p型层电阻，LED外延片p型层厚度不超过0.3μm，这样更难以得到高空穴浓度的p型层。GaN基LED外延片中的p型层空穴浓度在5×1017cm-3左右，甚至更低。而外延片中n型GaN层的自由电子浓度约5×1018cm-3，迁移率一般高于100cm2/V·s。如何获得高空穴浓度p型层，增大量子阱中电子和空穴的复合，对于GaN基LED显得尤为重要，也是GaN材料生长中十分重要和困难的问题，是提高LED性能的关键。
2、由于GaN基LED外延片的p型GaN层空穴浓度小，且p型层厚度要小于0.3μm，电流很难扩展。基于这点原因，一般把p型电极做成大面积的电流扩展层。由于GaN基LED外延片厚度一般小于4μm，绝大部分发光是从p型层透出。而p型电极不可避免对光有吸收作用，导致LED芯片外量子效率不高，大大降低了LED的流明效率。目前成熟的p型氧化Ni/Au电极从紫光到绿光波段的透射率在70％左右。采用ITO层作为电流扩展层的透射率较高，但导致LED电压要高一些，寿命也受到影响。
3、由于GaN基LED外延片中的p型GaN层厚度小。同时，为了使更多的光从p型层透出，p型氧化Ni/Au接触电极不可能做得很厚，一般在
左右。在外加电压下，电子和空穴的扩散效果还是不理想，大量空穴在金属焊盘之下穿过，大量电子和空穴在焊盘之下复合。而金属焊盘之下的发光很大部分不能透射出来，导致LED流明效率不高。同时，由于电流扩散不均匀，一些区域电流密度很大，影响LED寿命。
4、山于p型GaN的空穴浓度低，p型层和pn结交界面附近的电阻很大，在LED工作时会产生大量热量，导致LED结温升高，缩短LED的使用寿命。尽管GaN基LED的理论寿命可达到10万小时以上，但目前寿命在1～2万小时左右，甚至更短。获得高空穴浓度的p型层也是获得长寿命LED的关键一环。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有新型结构的GaN基LED外延片及其制备方法，其结构从下至上依次为衬底、n型层、量子阱、限制层、缓冲层和p型层。该结构以一高空穴浓度的GaP层替换p型GaN层，并在缓冲层与量子阱之间生长一限制层。采用高空穴浓度GaP层克服了原有GaN基LED的p型GaN空穴浓度低和p型层薄等因素导致外加电压下空穴注入少，电流扩散不均匀的缺点。同时，限制层能克服由于GaP禁带宽度小，对量子阱内电子和空穴的限制作用小的缺点，大大增强对量子阱内的电子和空穴的限制作用。
本发明的有益效果是通过下述方案实现的：
该新型的GaN基LED外延片的结构从下至上依次为衬底、n型层、量子阱、限制层、缓冲层及p型层，其特点是p型层为空穴浓度为2×1018～6×1018cm-3的掺受主的GaP层，并在缓冲层与量子阱之间生长一限制层，所述限制层为n型限制层。p型层空穴浓度增大，可降低p型层电阻，外加电压下能增加空穴的注入，并使电流扩散更均匀。同时，限制层能克服由于GaP禁带宽度小，对量子阱内电子和空穴的限制作用小的缺点，大大增强对量子阱内的电子和空穴起限制作用，增大量子阱中电子和空穴的复合，从而明显改善GaN基LED的性能。
上述限制层与p型GaP层之间生长的缓冲层可以是GaP缓冲层，或者AlP缓冲层，或者生长GaN/GaP复合缓冲层，或者是AlP/GaP复合缓冲层。缓冲层的作用是减小GaN与GaP之间晶格失配的影响，从而获得高质量GaP层。
上述缓冲层与量子阱之间的限制层为n型GaN层、或n型AlGaN层、或n型InGaN层、或n型InGaN/GaN复合限制层、或n型GaN/AlGaN复合限制层，限制层的厚度为0.02μm～0.1μm。
上述p型GaP层的受主为Mg或Zn，厚度为0.02μm～10.0μm。
上述n型层为n型GaN，或n型GaN和AlGaN，掺有施主Si。
上述n型限制层为掺施主Si的n型层或不掺杂的n型层。
该GaN基LED外延片的制备方法，是通过MOCVD技术实现的，包括下列步骤：
1)采用AlGaInN系材料生长专用MOCVD，升温至1000～1100℃烘烤衬底5～10分钟。
2)在1000℃～1100℃的温度下生长厚度为1.0μm～3.0μm的n型GaN层。
3)将温度降至600℃～800℃，生长量子阱结构，周期数为1～10。
4)在750℃～1100℃生长厚度0.02μm～0.1μm的n型GaN层、或AlGaN层、或InGaN层、或n型InGaN/GaN复合限制层、或n型GaN/AlGaN复合限制层；或者在750℃～1100℃生长厚度0.02μm～0.2μm的p型GaN层、或p型AlGaN层、或p型InGaN层、或p型InGaN/GaN复合限制层、或p型GaN/AlGaN复合限制层。
5)将外延片取出，并放入AlGaInP系材料生长专用MOCVD生长室；
6)在氢气氛围下，在500℃～800℃的温度下处理衬底2～10分钟，然后在300℃～500℃生长缓冲层。
7)在500℃～700℃的温度下生长厚度为0.2μm～10.0μm的空穴浓度为2×1018cm-3～6×1018cm-3的p型GaP层。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、采用高空穴浓度的GaP为p型层，外加电压下可增加空穴的注入，提高流明效率。
2、采用高空穴浓度的GaP为p型层，大大降低p型层电阻，可适当增加p型层厚度，使电流扩散均匀，且不需制作对光有吸收作用的大面积的电流扩展层，同时可减少金属焊盘下的发光。增大LED外量子效率，提高流明效率。
3、采用限制层，能克服由于GaP禁带宽度小，对量子阱内电子和空穴的限制作用小的缺点，大大增强对量子阱内的电子和空穴起限制作用，增大量子阱中电子和空穴的复合，从而明显改善GaN基LED的性能。
附图说明
图1为实施例1、例2、例11的GaN基LED外延片结构示意图；
图2为实施例3和例4的GaN基LED外延片结构示意图；
图3为实施例5和例6的GaN基LED外延片结构示意图；
图4为实施例7和例8的GaN基LED外延片结构示意图；
图5为实施例9和例10的GaN基LED外延片结构示意图；
图6为现有GaN基LED外延片结构示意图。
具体实施方式
现有GaN基LED外延片结构示意图见图6。其中，衬底材料可采用蓝宝石、SiC、Si、GaN等等。低温缓冲层可采用低温GaN层、低温AlN层、低温GaN/AlN层等等，在采用GaN为衬底时可以不生长低温缓冲层和未掺杂GaN层。量子阱可采用单量子阱，也可采用多量子阱，量子阱结构有InGaN/GaN结构、GaN/AlGaN结构、InGaN/AlGaN结构、InxGa1-xN/InyGa1-yN结构等等。外延片结构中可以不生长n型AlGaN层或p型AlGaN层，或n型AlGaN层和p型AlGaN层均不生长。
实施例1
该新型的GaN基LED外延片的结构如图1所示，从下至上依次为衬底、低温缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN:Si层、n型AlGaN:Si层、量子阱、n型GaN限制层、缓冲层、p型GaP:Mg层。
其制备方法为：
1)采用GaN专用MOCVD，升温至1000℃在氢气氛围下烘烤衬底10分钟；
2)降温至480℃，在衬底上生长厚度为30nm的GaN低温度缓冲层；
3)升温至1050℃，生长厚度为2.0μm的未掺杂GaN层；
4)在1050℃的温度下生长厚度为2.0μm的n型GaN:Si层；
5)在1050℃的温度下生长厚度为0.1μm的n型Al0.1Ga0.9N:Si层；
6)将温度降至700℃生长InxGayN/GaN多量子阱结构，InGaN阱层的厚度为3nm，GaN垒层的厚度为8nm，InGaN阱层的In组分为0.16，量子阱周期数为10；
7)升温900℃生长厚度0.05μm的n型GaN层；
8)将外延片取出，并放入AlGaInP系材料生长专用MOCVD生长室；
9)氢气氛围下，以650℃的温度处理外延片5分钟，然后在500℃生长厚度20nm的GaP缓冲层；
10)反应室温度升至600℃，在氢气氛围下，热处理缓冲层5分钟，使缓冲层重结晶；
11)600℃的温度下生长厚度5.0μm的空穴浓度为6×1018cm-3的GaP:Mg层。
这种结构能增大外加电压下空穴的注入，并使电流扩整更均匀，提高LED性能。本制备方法适合于制造蓝光LED外延片。采用这种新型结构，460nm蓝光LED的光功率由4毫瓦增加至6毫瓦以上。
实施例2
该新型的GaN基LED外延片的结构如图1所示，从下至上依次为衬底、低温缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN:Si层、n型AlGaN:Si层、量子阱、p型GaN限制层、缓冲层、p型GaP:Mg层。
其制备方法为：
1)采用GaN专用MOCVD，升温至1000℃在氢气氛围下烘烤衬底10分钟；
2)降温至480℃，在衬底上生长厚度为30nm的GaN低温度缓冲层；
3)升温至1050℃，生长厚度为2.0μm的未掺杂GaN层；
4)在1050℃的温度下生长厚度为2.0μm的n型GaN:Si层；
5)在1050℃的温度下生长厚度为0.1μm的n型Al0.1Ga0.9N:Si层；
6)将温度降至700℃生长InxGayN/GaN多量子阱结构，InGaN阱层的厚度为3nm，GaN垒层的厚度为8nm，InGaN阱层的In组分为0.18，量子阱周期数为10；
7)在900℃生长厚度0.2μm的p型GaN层；
8)将外延片取出，并放入AlGaInP系材料生长专用MOCVD生长室；
9)在氢气氛围下，以650℃的温度处理外延片5分钟，然后在500℃生长厚度20nm的GaP:Mg缓冲层；
10)升高反应室温度至600℃，在氢气氛围下，热处理缓冲层5分钟，使缓冲层重结晶；
11)在600℃的温度下生长厚度3.0μm的空穴浓度为6×1018cm-3的GaP:Mg层。
这种结构能增大外加电压下空穴的注入，并使电流扩整更均匀，生长p型GaN限制层，能将LED的p-n结调整到量子阱附近，提高LED性能。本制备方法适合于制造蓝光LED外延片。采用这种新型结构，470nm蓝光LED的光功率由3毫瓦增加至5毫瓦以上。
实施例3
该新型的GaN基LED外延片的结构如图2所示，从下至上依次为衬底、低温缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN:Si层、量子阱、n型InGaN限制层、缓冲层、p型GaP:Mg层。
其制备方法为：
1)采用GaN专用MOCVD，升温至1050℃在氢气氛围下烘烤衬底8分钟；
2)降温至510℃，在衬底上生长厚度为25nm的GaN低温度缓冲层；
3)升温至1000℃，生长厚度为2.5μm的未掺杂GaN层；
4)在1000℃的温度下生长厚度为1.0μm的n型GaN:Si层；
5)将温度降至600℃，生长InGaN/GaN多量子阱结构，InGaN阱层的厚度为4nm，GaN垒层的厚度为6nm，InGaN阱层的In组分为0.25，量子阱周期数为5；
6)在750℃生长厚度0.02μm的n型InGaN层；
7)将外延片取出，并放入AlGaInP系材料生长专用MOCVD生长室；
8)在氢气氛围下，以500℃的温度处理外延片10钟，然后在400℃生长厚度35nm的GaP缓冲层；
9)升高反应室温度至650℃，在氢气氛围下，热处理缓冲层10分钟，使缓冲层重结晶；
10)在500℃的温度下生长厚度0.2μm的空穴浓度为4×1018cm-3的GaP:Mg层。
这种结构能增大外加电压下空穴的注入，并减小LED的正向电压，InGaN限制层的生长温度较低，低的限制层生长温度可减少对量子阱的破坏。本制备方法适合于制造绿光LED外延片。采用这种新型结构，520nm绿光LED的光功率由1.2毫瓦增加至1.8毫瓦以上。
实施例4
该新型的GaN基LED外延片的结构如图2所示，从下至上依次为衬底、低温缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN:Si层、量子阱、p型InGaN限制层、缓冲层、p型GaP:Mg层。
其制备方法为：
1)采用GaN专用MOCVD，升温至1050℃在氢气氛围下烘烤衬底8分钟；
2)降温至510℃，在衬底上生长厚度为25nm的GaN低温度缓冲层；
3)升温至1000℃，生长厚度为2.5μm的未掺杂GaN层；
4)在1000℃的温度下生长厚度为1.0μm的n型GaN:Si层；
5)将温度降至600℃，生长InGaN/GaN多量子阱结构，InGaN阱层的厚度为4nm，GaN垒层的厚度为6nm，InGaN阱层的In组分为0.25，量子阱周期数为5；
6)在750℃生长厚度0.05μm的p型InGaN层；
7)将外延片取出，并放入AlGaInP系材料生长专用MOCVD生长室；
8)在氢气氛围下，以500℃的温度处理外延片10钟，然后在400℃生长厚度35nm的GaP:Mg缓冲层；
9)升高反应室温度至650℃，在氢气氛围下，热处理缓冲层10分钟，使缓冲层重结晶；
10)在500℃的温度下生长厚度0.5μm的空穴浓度为4×1018cm-3的GaP:Mg层。
这种结构能增大外加电压下空穴的注入，并减小LED的正向电压，生长p型InGaN限制层，能将LED的p-n结调整到量子阱附近，InGaN限制层的生长温度较低，低的限制层生长温度可减少对量子阱的破坏。本制备方法适合于制造绿光LED外延片。采用这种新型结构，520nm绿光LED的光功率由1.2毫瓦增加至1.8毫瓦以上。
实施例5
该新型的GaN基LED外延片的结构如图3所示，从下至上依次为衬底、低温缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN:Si层、n型AlGaN:Si层、量子阱、n型AlGaN限制层、缓冲层、p型GaP:Zn层。
其制备方法为：
1)采用GaN专用MOCVD，升温至1100℃在氢气氛围下烘烤衬底5分钟；
2)降温至550℃，在衬底上生长厚度为20nm的GaN低温度缓冲层；
3)升温至1100℃，生长厚度为1.5μm的未掺杂GaN层；
4)在1100℃的温度下生长厚度为3.0μm的n型GaN:Si层；
5)在1100℃的温度下生长厚度为0.05μm的n型Al0.2Ga0.8N:Si层；
6)将温度降至800℃，生长InGaN/GaN多量子阱结构，InGaN阱层的厚度为3nm，GaN垒层的厚度为10nm，InGaN阱层的In组分为0.14，量子阱周期数为1；
7)在1100℃生长厚度0.1μm的n型AlGaN层；
8)将外延片取出，并放入AlGaInP系材料生长专用MOCVD生长室；
9)在氢气氛围下，以800℃的温度处理外延片2分钟，然后在300℃生长厚度50nm的GaP缓冲层；
10)升高反应室温度至700℃，在氢气氛围下，热处理缓冲层3分钟，使缓冲层重结晶；
11)在700℃的温度下生长厚度10.0μm的空穴浓度为2×1018cm-3的GaP:Zn层。
本结构增加了p型GaP层的厚度，进一步改善电流扩整均匀性，提高了LED外延片质量，采用AlGaN作为限制层，能使电子和空穴更好的限制在量子阱。但这种结构的LED外延片制造成本增加。本结构适合于制造蓝光LED外延片。采用这种新型结构，450nm蓝光LED的光功率由3.0毫瓦增加至5.0毫瓦以上。
实施例6
该新型的GaN基LED外延片的结构如图3所示，从下至上依次为衬底、低温缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN:Si层、n型AlGaN:Si层、量子阱、p型AlGaN限制层、缓冲层、p型GaP:Zn层。
其制备方法为：
1)采用GaN专用MOCVD，升温至1100℃在氢气氛围下烘烤衬底5分钟；
2)降温至550℃，在衬底上生长厚度为20nm的GaN低温度缓冲层；
3)升温至1100℃，生长厚度为1.5μm的未掺杂GaN层；
4)在1100℃的温度下生长厚度为3.0μm的n型GaN:Si层；
5)在1100℃的温度下生长厚度为0.05μm的n型Al0.2Ga0.8N:Si层；
6)将温度降至800℃，生长InGaN/GaN多量子阱结构，InGaN阱层的厚度为3nm，GaN垒层的厚度为10nm，InGaN阱层的In组分为0.14，量子阱周期数为1；
7)在1100℃生长厚度0.1μm的p型AlGaN层；
8)将外延片取出，并放入AlGaInP系材料生长专用MOCVD生长室；
9)在氢气氛围下，以800℃的温度处理外延片2分钟，然后在300℃生长厚度50nm的GaP缓冲层；
10)升高反应室温度至700℃，在氢气氛围下，热处理缓冲层3分钟，使缓冲层重结晶；
11)在700℃的温度下生长厚度6.0μm的空穴浓度为2×1018cm-3的GaP:Mg层。
本结构增加了p型GaP层的厚度，进一步改善电流扩整均匀性，提高了LED外延片质量，采用p型AlGaN作为限制层，能使电子和空穴更好的限制在量子阱，并将LED的p-n结调整到量子阱附近。但这种结构的LED外延片制造成本增加。本结构适合于制造蓝光LED外延片。采用这种新型结构，450nm蓝光LED的光功率由3.0毫瓦增加至5.0毫瓦以上。
实施例7
该新型的GaN基LED外延片的结构如图4所示，从下至上依次为衬底、n型GaN:Si层、n型AlGaN:Si层、量子阱、n型InGaN/GaN限制层、缓冲层、p型GaP:Mg层。
其制备方法为：
1)采用GaN专用MOCVD，升温至1100℃在氢气氛围下烘烤衬底10分钟；
2)在1100℃的温度下生长厚度为2.0μm的n型GaN:Si层；
3)在1100℃的温度下生长厚度为0.05μm的n型Al0.05Ga0.95N:Si层；
4)将温度降至720℃，生长InGaN/GaN多量子阱结构，InGaN阱层的厚度为3nm，GaN垒层的厚度为8nm，量子阱周期数为5；
5)在750℃生长厚度0.02μm的n型InGaN层；
6)在900℃生长厚度0.05μm的n型GaN层；
7)将外延片取出，并放入AlGaInP系材料生长专用MOCVD生长室；
8)在氢气氛围下，以700℃的温度处理外延片5分钟，然后在500℃生长厚度50nm的AlP缓冲层；
9)升高反应室温度至650℃，在氢气氛围下，热处理缓冲层10分钟，使缓冲层重结晶；
10)在650℃的温度下生长厚度5.0μm的空穴浓度为6×1018cm-3的GaP:Mg层。
本结构采用与GaN晶格常数匹配的衬底材料，在这种衬底上可不生长低温缓冲层和未掺杂GaN层，并调整了一些生长参数，进一步提高了LED外延片质量。本结构适合于制造蓝光和绿光LED外延片。采用这种新型结构，460nm蓝光LED的光功率由3.0毫瓦增加至6.0毫瓦以上，520nm绿光LED的光功率由1.2毫瓦增加至2.2毫瓦以上。
实施例8
该新型的GaN基LED外延片的结构如图4所示，从下至上依次为衬底、n型GaN:Si层、n型AlGaN:Si层、量子阱、p型InGaN/GaN限制层、缓冲层、p型GaP:Mg层。
其制备方法为：
1)采用GaN专用MOCVD，升温至1100℃在氢气氛围下烘烤衬底10分钟；
2)在1100℃的温度下生长厚度为2.0μm的n型GaN:Si层；
3)在1100℃的温度下生长厚度为0.05μm的n型Al0.05Ga0.95N:Si层；
4)将温度降至720℃，生长InGaN/GaN多量子阱结构，InGaN阱层的厚度为3nm，GaN垒层的厚度为8nm，量子阱周期数为5；
5)在750℃生长厚度0.05μm的p型InGaN层；
6)在900℃生长厚度0.1μm的p型GaN层；
7)将外延片取出，并放入AlGaInP系材料生长专用MOCVD生长室；
8)在氢气氛围下，以700℃的温度处理外延片5分钟，然后在500℃生长厚度50nm的AlP缓冲层；
9)升高反应室温度至650℃，在氢气氛围下，热处理缓冲层10分钟，使缓冲层重结晶；
10)在650℃的温度下生长厚度5.0μm的空穴浓度为6×1018cm-3的GaP:Mg层。
本结构采用与GaN晶格常数匹配的衬底材料，在这种衬底上可不生长低温缓冲层和未掺杂GaN层，采用p型InGaN/GaN限制层，能将LED的p-n结调整到量子阱附近，进一步提高了LED外延片质量。本结构适合于制造蓝光和绿光LED外延片。采用这种新型结构，460nm蓝光LED的光功率由3.0毫瓦增加至6.0毫瓦以上，520nm绿光LED的光功率由1.2毫瓦增加至2.2毫瓦以上。
实施例9
该新型的GaN基LED外延片的结构如图5所示，从下至上依次为衬底、低温缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN:Si层、n型AlGaN:Si层、量子阱、n型GaN/AlGaN限制层、缓冲层、p型GaP:Mg层。
其制备方法为：
1)采用GaN专用MOCVD，升温至1000℃在氢气氛围下烘烤衬底10分钟；
2)降温至480℃，在衬底上生长厚度为30nm的GaN低温度缓冲层；
3)升温至1050℃，生长厚度为2.0μm的未掺杂GaN层；
4)在1050℃的温度下生长厚度为2.0μm的n型GaN:Si层；
5)在1050℃的温度下生长厚度为0.1μm的n型Al0.1Ga0.9N:Si层；
6)将温度降至700℃生长InxGayN/GaN多量子阱结构，InGaN阱层的厚度为3nm，GaN垒层的厚度为8nm，InGaN阱层的In组分为0.14，量子阱周期数为10；
7)在900℃生长厚度0.02μm的n型GaN层；
8)在1000℃生长厚度0.05μm的n型AlGaN层；
9)将温度降至480℃，生长GaN缓冲层，缓冲层厚度为20nm
10)延片取出，并放入AlGaInP系材料生长专用MOCVD生长室；
11)在氢气氛围下，以700℃的温度处理外延片5分钟，然后在350℃生长厚度20nm的GaP缓冲层；
12)升高反应室温度至600℃，在氢气氛围下，热处理缓冲层5分钟，使缓冲层重结晶；
13)在600℃的温度下生长厚度5.0μm的空穴浓度为6×1018cm-3的GaP:Mg层。
这种结构采用了GaN/GaP复合缓冲层，进一步减小了GaN与GaP之间晶格失配的影响，从而获得高质量p型GaP层，使GaP层的(111)面双晶衍射半高宽小于400弧秒。采用GaN/AlGaN复合限制层，能更有效的束缚量子阱中的电子和空穴，本结构适合制造蓝光LED外延片，有利于延长LED寿命。
实施例10
该新型的GaN基LED外延片的结构如图5所示，从下至上依次为衬底、低温缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN:Si层、n型AlGaN:Si层、量子阱、p型GaN/AlGaN限制层、缓冲层、p型GaP:Mg层。
其制备方法为：
1)采用GaN专用MOCVD，升温至1000℃在氢气氛围下烘烤衬底10分钟；
2)降温至480℃，在衬底上生长厚度为30nm的GaN低温度缓冲层；
3)升温至1050℃，生长厚度为2.0μm的未掺杂GaN层；
4)在1050℃的温度下生长厚度为2.0μm的n型GaN:Si层；
5)在1050℃的温度下生长厚度为0.1μm的n型Al0.1Ga0.9N:Si层；
6)将温度降至700℃生长InxGayN/GaN多量子阱结构，InGaN阱层的厚度为3nm，GaN垒层的厚度为8nm；InGaN阱层的In组分为0.1～0.3；量子阱周期数为10；
7)在900℃生长厚度0.05μm的p型GaN层；
8)在1000℃生长厚度0.05μm的p型AlGaN层；
9)将温度降至480℃，生长GaN缓冲层，缓冲层厚度为20nm
10)延片取出，并放入AlGaInP系材料生长专用MOCVD生长室；
11)在氢气氛围下，以700℃的温度处理外延片5分钟，然后在350℃生长厚度20nm的GaP缓冲层；
12)升高反应室温度至600℃，在氢气氛围下，热处理缓冲层5分钟，使缓冲层重结晶；
13)在600℃的温度下生长厚度5.0μm的空穴浓度为6×1018cm-3的GaP:Mg层。
这种结构采用了GaN/GaP复合缓冲层，进一步减小了GaN与GaP之间晶格失配的影响，从而获得高质量p型GaP层，使GaP层的(111)面双晶衍射半高宽小于400弧秒。采用p型GaN/AlGaN复合限制层，能更有效的束缚量子阱中的电子和空穴，同时能将LED的p-n结调整到量子阱附近。本结构适合制造蓝光LED外延片，可延长LED的寿命，并使450nm蓝光LED的光功率由3.0毫瓦增加至6.0毫瓦以上。
实施例11
该新型的GaN基LED外延片的结构如图1示，从下至上依次为衬底、低温缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN:Si层、n型AlGaN:Si层、量子阱、n型GaN限制层、缓冲层、p型GaP:Mg层。
其制备方法为：
1)采用GaN专用MOCVD，升温至1000℃在氢气氛围下烘烤衬底10分钟；
2)降温至480℃，在衬底上生长厚度为30nm的GaN低温度缓冲层；
3)升温至1050℃，生长厚度为2.0μm的未掺杂GaN层；
4)在1050℃的温度下生长厚度为2.0μm的n型GaN:Si层；
5)将温度降至700℃生长InxGayN/GaN多量子阱结构，InGaN阱层的厚度为3nm，GaN垒层的厚度为8nm；InGaN阱层的In组分为0.1～0.3；量子阱周期数为10；
6)在900℃生长厚度为0.02μm的n型GaN层；
7)延片取出，并放入AlGaInP系材料生长专用MOCVD生长室；
8)在氢气氛围下，以700℃的温度处理外延片5分钟；
9)将温度降至450℃，生长AlP缓冲层，缓冲层厚度为20nm；
10)降温至300℃生长厚度20nm的GaP缓冲层；
11)升高反应室温度至650℃，在氢气氛围下，热处理缓冲层5分钟，使缓冲层重结晶；
12)在650℃的温度下生长厚度4.0μm的空穴浓度为6×1018cm-3的GaP:Mg层。
这种结构采用了AlP/GaP复合缓冲层，进一步减小了GaN与GaP之间晶格失配的影响，从而获得高质量p型GaP层，使GaP层的(111)面双晶衍射半高宽小于360弧秒，延长LED的寿命。
Claims (7)
1.一种GaN基LED外延片，其结构从下至上依次为衬底、n型层、量子阱、限制层、缓冲层及p型层，其特征在于缓冲层与量子阱之间生长了限制层，所述限制层为n型限制层，且p型层为空穴浓度为2×1018～6×1018cm-3的GaP层。
2.根据权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于量子阱与缓冲层之间的限制层可以是GaN层、或n型AlGaN层、或n型InGaN层、或n型InGaN/GaN复合限制层、或n型GaN/AlGaN复合限制层，限制层的厚度为0.02μm～0.1μm。
3.根据权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于所述p型GaP层的受主为Mg或Zn。
4.根据权利要求1或3所述的GaN基LED外延片，其特征在于所述p型GaP层的厚度为0.2μm～10.0μm。
5.根据权利要求1所述的一种GaN基LED外延片，其特征在于所述缓冲层是GaP缓冲层，或者是AlP缓冲层，或者是生长GaN/GaP复合缓冲层，或者是AlP/GaP复合缓冲层。
6.根据权利要求2所述的GaN基LED外延片，其特征在于限制层为掺施主Si的n型层或不掺杂的n型层。
7.一种如权利要求1所述的GaN基LED外延片的制备方法，是通过MOCVD技术实现的，其特征在于包括下列步骤：
1)采用AlGaInN系材料生长专用MOCVD，在衬底上依次生长n型层、量子阱结构；
2)在750℃～1100℃生长厚度0.02μm～0.1μm的n型限制层；或者在750℃～1100℃生长厚度0.02μm～0.2μm的p型限制层；
3)将外延片取出，并放入AlGaInP系材料生长专用MOCVD生长室；
4)氢气氛围下500℃～800℃处理衬底2～10分钟，然后生长一缓冲层；
5)在500℃～700℃的温度下生长厚度为0.2μm～10.0μm的空穴浓度为2×1018cm-3～6×1018cm-3的p型GaP层。
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