CN102427103B - 氮化镓基ⅲ-ⅴ族化合物半导体led外延片及其生长方法以及包括其的led显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化镓基Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体LED外延片及其生产方法以及包括其的LED显示装置，该LED外延片包括顺序生长的第一垒层、低掺杂In的高温量子阱层，以及高掺杂In的低温量子阱层，低掺杂In的高温量子阱层中包括高温阱层和高温垒层；高掺杂In的低温量子阱层包括预覆盖层、低温阱层以及低温垒层，预覆盖层包括预覆盖阱层和预覆盖垒层。该LED外延片通过形成预覆盖层，可诱导随后在预覆盖层上生长的量子阱更加容易形成量子点，所以阱里面量子点的数量增加，量子阱局域化程度更强，对电子束缚能力更强，增加了电子和空穴的复合概率，增加了外延片的内部量子效应，减少了大电流下发生DROOP效应。
Description
技术领域
本发明涉及LED外延片生长领域，尤其是涉及一种氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片及其生长方法。
背景技术
白光LED的出现，使高亮度LED的应用领域跨足至高效率照明光源市场，LED作为照明光源与现有传统照明光源相比具有节约能源、寿命长、体积小、发光效率高、无污染、色彩丰富等优点。从能耗这点来说，白光的LED能耗是白炽灯的1/8，荧光灯的1/2，而且，白光LED的寿命能长达10万个小时。另外白光LED的制作可实现无汞制作，对保护环境以及节约能源都具有重要的意义。
虽然GaN基大功率型LED已经取得很大的进步(Cree公司已经报道大功率白光LED的光效实验研发水平可达到208lm/w，日亚方面也有相关报道，称其可达到150lm/w)，但是大功率LED还是存在许多没有解决的技术问题，如内部量子效率依然不高，大电流下可能会出现DROOP效应，即在大电流注入的情况下发光效率下降的现象，为了能够解决上述问题，研究人员进行了大量研究，如对LED中外延片结构进行改善，
目前，以GaN为基的III-V族化合物半导体LED的外延生长主要用有机化学金属气相淀积法(MOCVD)来实现。以下将详细介绍一种现有技术中利用MCOVD生长氮化物(GaN、AlN、InN等)的方法，该方法包括如下步骤：
(1)将蓝宝石衬底装入反应室中，通入3.0-4.0升/分钟的纯H2，将反应室压力控制在550-650mbar，在1050℃-1150℃的高温下对衬底进行热处理300s-600s，去除表面H2O和O2，降温到500℃-700℃，以8-15升/分钟的流量通入NH3对衬底进行氮化处理100s-200s。
(2)温度降至530℃-570℃，通入流量为1×10-4-5×10-4摩尔/分钟的TMGa与8-15升/分钟的NH3，生长厚度20-30nm的GaN缓冲层，随后升温至1030℃-1100℃，使GaN缓冲层重结晶。
(3)升高温度至1000℃-1250℃，通入流量为7.90×10-4-8.79×10-4摩尔/分钟的TMGa和20-30升/分钟的NH3，在GaN缓冲层上持续生长2.0-3.0μm的不掺杂氮化镓层(uGaN)；保持温度，在不掺杂氮化镓层上持续生长1.8-2.5μm的n型掺Si的氮化镓层(nGaN)；
(4)温度降至900-950℃，通入流量为2.15×10-4-2.45×10-4摩尔/分钟的TMGa，流量为3.0-3.5升/分钟的NH3，流量非常少的SiH4，在n-GaN上生长第一垒层(First_Barrier)。
(5)在First_Barrier层上生长低掺杂In的高温量子阱层(HT-MQW层)，具体生长方式如下：HT-MQW由1-20个周期的高温阱层和高温垒层组成，生长高温阱层的条件是：在纯氮气的条件下，保持温度和First Barrier一样，通入流量为1.15×10-5-1.45×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为30-35升/分钟的NH3，通入流量为3.10×10-5-4.10×10-5摩尔/分钟的TMIn，生长厚度为1-6纳米的阱层；生长高温垒层的条件是：保持温度和First Barrier一样，通入流量为2.0×10-4-2.8×10-4摩尔/分钟的TMGa，通入流量为30-35升/分钟的NH3，通入少量的SiH4，生长厚度为40-80纳米的Barrier层。
(6)温度降至760～820℃，在HT-MQW上生长高掺杂In的低温量子阱层(LT-MQW层)，LT-MQW层是由10-15个周期的覆盖层(pre-cap层)，低温阱层、低温垒层组成，具体如下：
生长覆盖层：在纯氮气的条件下，保持生长压力为300mbar，通入流量为1.50×10-5-1.88×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为30-35升/分钟的NH3，通入流量为2.0-3.0×10-5摩尔/分钟的TMIn，生长厚度为2-8纳米的预覆盖阱层。
生长低温阱层：温度降至730-780℃，在纯氮气的条件下，保持生长压力为300mbar，通入流量为2.15×10-5-2.45×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为7.30-7.50摩尔/分钟的TMIn，通入流量30-35升/分钟的NH3，生长厚度为1-8纳米的低温阱层。
生长低温垒层：温度升至850℃，保持生长压力200-500mbar，关闭TMIn，通入流量0.8×10-4-1.2×10-4摩尔/分钟的TEGa，通入流量30-35升/分钟的NH3，生长厚度5-15nm低温垒层。
(7)温度升高至950℃-1050℃，在LT-MQW上生长pAlGaN层，具体生长条件是：在纯氮气的氛围下，压力降为145-160mbar，通入流量为1.80×10-4-2.0×10-4摩尔/分钟的TMGa，通入流量为4.65×10-5-5.48×10-5摩尔/分钟的TMAl，通入流量为6.08×10-5-6.40×10-5的Cp2Mg，生长厚度为20～50纳米的pAlGaN层。
(8)P-GaN层具体生长条件为：在纯H2的氛围下，保持压力100-180mbar，将温度升高至1100-1200℃，通入流量为1.65×10-4-3.22×10-4摩尔/分钟的TMGa，通入流量为1.62-2.36摩尔/分钟的Cp2Mg，生长厚度为270纳米的镜面p-GaN层
(9)最后将外延片在600-700℃的N2气氛下退火5-30分钟。
现有技术中通过类似于上述方法所制备的外延片依然存在因内部量子效率不高，大电流下容易发生DROOP效率等不足，致使大功率型GaN基LED没有被更好地应用。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种内部量子效应较高，大电流下发生DROOP效率较少的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片。
为此，本发明提供了一种氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片，包括顺序生长的第一垒层、低掺杂In的高温量子阱层，以及高掺杂In的低温量子阱层，高温量子阱层中包括一 组或多组按顺序循环生长的高温阱层和高温垒层；低温量子阱层包括一组或多组按顺序循环生长的预覆盖层、低温阱层以及低温垒层，其特征在于，预覆盖层包括一组或多组按顺序循环生长的掺杂In的预覆盖阱层和不掺杂In的预覆盖垒层。
进一步地，上述预覆盖阱层中In的掺杂量介于高温阱层与低温阱层之间。
进一步地，上述预覆盖阱层的厚度为2～6纳米，预覆盖垒层的厚度为2～4纳米。
进一步地，上述预覆盖层中预覆盖阱层和预覆盖垒层的循环周期为1～3个周期。
进一步地，上述LED显示装置中包括上述氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片。
同时，在本发明中还提供了一种氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片的生长方法，包括：生长第一垒层；在第一垒层上生长低掺杂In的高温量子阱层以及在高温量子阱层上生长高掺杂In的低温量子阱层；生长高温量子阱层的步骤包括：在第一垒层上生长高温阱层；在高温阱层上生长高温垒层，生长低温量子阱层的步骤包括：在高温量子阱层上生长预覆盖层；在预覆盖层上生长低温阱层；在低温阱层上生长低温垒层，生长预覆盖层的步骤包括：生长掺杂In的预覆盖阱层；在预覆盖阱层上生长预覆盖垒层。
进一步地，上述生长预覆盖层的步骤进一步包括：循环生长预覆盖阱层和预覆盖垒层，循环生长的周期为1～3个周期。
进一步地，上述生长预覆盖阱层的步骤包括：生长预覆盖阱层：在纯氮气的条件下，保持生长压力为280-320mbar，通入TEGa和NH3，以及TMIn，TMIn的通入量位于高温阱层与低温阱层生产过程中TMIn的通入量之间；生长预覆盖垒层：保持各种条件和预覆盖阱层生长条件一样，停止通入TMIn和TEGa，升高生长温度或者通入H2，形成预覆盖垒层。
进一步地，上述生长预覆盖阱层的步骤包括：生长预覆盖阱层：在纯氮气的条件下，保持生长压力为280-320mbar，通入流量为1.60×10-5～1.85×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为30～40升/分钟的NH3，通入流量为3.99×10-5～5.7×10-5摩尔/分钟的TMIn，生长厚度为4～10纳米的预覆盖阱层；生长预覆盖垒层：保持各种条件和预覆盖阱层生长条件一样，停止通入TMIn和TEGa，提高生长温度30～70℃或者通入1000sccm～5000sccm的H2，形成厚度为2～4纳米预覆盖垒层。
本发明的有益效果：本发明所提供的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片通过上述条件生长形成预覆盖层，将会诱导随后在预覆盖层上生长的量子阱更加容易形成量子点，所以阱里面量子点的数量增加，量子阱局域化程度更强，对电子束缚能力更强，增加了电子和空穴的复合概率，进而增加了外延片的内部量子效应，减少了大电流下发生DROOP效应。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
附图构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明，附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：
图1示出了根据本发明实施例的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片的结构简示图；
图2示出了根据本发明实施例的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片中低温量子阱层的结构简示图；
图3示出了根据本发明实施例的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片中低温量子阱层中预覆盖层的结构简示图；以及
图4示出了根据本发明实施例1所制备的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片与对比例1所制备的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片发光亮度以及DROOP谱图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但如下实施例以及附图仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
结合图1-3所示，在本发明的一种典型的实施方式中，一种氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片，包括蓝宝石衬底，以及在蓝宝石衬底1上顺序生长的GaN缓冲层、不掺杂氮化镓层2、n型掺Si的氮化镓层3、第一垒层4、高温量子阱层5、低温量子阱层6、pAlGaN层以及P-GaN层7。其中高温量子阱层5中包括一组或多组按顺序循环生长的高温阱层和高温垒层。低温量子阱层6包括一组或多组按顺序循环生长的预覆盖层61、低温阱层62以及低温垒层63，预覆盖层61包括一组或多组按顺序循环生长的掺杂In预覆盖阱层611和不掺杂In的预覆盖垒层613。
本发明所提供的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片通过改善外延片低温量子阱层中预覆盖层的结构，将掺杂In预覆盖阱层与预覆盖垒层复合形成预覆盖层，这种结构的预覆盖层中形成有InGaN量子点，这些量子点由于应力诱导或者表面积聚的影响，将有利于增加了生长在预覆盖层上的阱层的InGaN量子点的数目，进而增加了外延片的内部量子效应，减少了大电流下发生DROOP效应。
优选地，上述氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片结构中预覆盖阱层611中In的掺杂量介于高温阱层与低温阱层62之间，这样有利于释放低温阱层与低温垒层中的应力，进而增加了电子和空穴的复合概率，进而增加了外延片的内部量子效应。减少了大电流下发生DROOP效应。
优选地，上述氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片结构中预覆盖阱层的厚度为2～6纳米，预覆盖垒层的厚度为2～4纳米。在本发明中预覆盖阱层和预覆盖垒层的厚度不限于此，其可以略厚或略薄，但是预覆盖阱层和预覆盖垒层的厚度太薄可能会降低预覆盖层的作 用，而预覆盖层太厚会升高外延片的电压。
优选地，上述预覆盖层中所述预覆盖阱层和所述预覆盖垒层的循环周期为1-3个周期。通过多个周期的循环，会使得预覆盖层中形成InGaN量子点，这些量子点由于应力诱导或者表面积聚的影响，更有利于增加了生长在预覆盖层上的阱层的InGaN量子点的数目进而增加了外延片的内部量子效应，减少了大电流下发生DROOP效率的几率。
同时，在本发明的一种典型的实施方式中还提供了一种LED显示装置，这种LED显示装置中包括上述氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片。这种LED显示装置发光效率较高，更适于市场推广。
另外，在本发明的一种典型的实施方式中，提供了一种氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片的生长方法，这种LED外延片的生长方法是针对于类似于背景技术部分给出的外延片生长方法的一种改进，在这种生产方法中包括生长第一垒层4；在第一垒层4上生长低掺杂In的高温量子阱层5以及在高温量子阱层5上生长高掺杂In的低温量子阱层6的步骤；其中生长高温量子阱层5的步骤包括：在第一垒层4上生长高温阱层；在高温阱层上生长高温垒层，生长低温量子阱层6的步骤包括：在高温量子阱层5上生长预覆盖层61；在预覆盖层61上生长低温阱层62；在低温阱层62上生长低温垒层63的步骤，在本发明的这种实施方式中，将生长预覆盖层61的步骤分为生长高掺杂In的预覆盖阱层611；以及在预覆盖阱层611上生长预覆盖垒层613的步骤。
在上述LED外延片生产方法中通过改善外延片低温量子阱层中预覆盖层生产方法，分别生长掺杂In预覆盖阱层以及生长预覆盖垒层复合形成预覆盖层，这种生长方法过程中预覆盖垒层中逐渐形成InGaN量子点，这是因为应力诱导效应与表面积聚效应的影响。预覆盖垒层中所形成InGaN量子点有利于增加生长在预覆盖层上的阱层的InGaN量子点的数目，进而增加了外延片的内部量子效应，减少了大电流下发生DROOP效率的几率。
优选地，在上述氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片的生长方法中生长预覆盖层的步骤进一步包括：循环生长预覆盖阱层611和预覆盖垒层613，循环生长的周期为1-3个周期。通过这种循环生长的方式生长多个周期的预覆盖阱层和预覆盖垒层，会使得预覆盖层中InGaN量子点的数目累积增加，更有利于增加了生长在预覆盖层上的阱层的InGaN量子点的数目，进而增加了外延片的内部量子效应，减少了大电流下发生DROOP效应。
优选地，生长预覆盖阱层611的步骤包括：生长预覆盖阱层：在纯氮气的条件下，保持生长压力为280-320mbar，通入TEGa和NH3，以及TMIn，TMIn的通入量位于高温阱层与低温阱层62生产过程中TMIn的通入量之间；生长预覆盖垒层：保持各种条件和预覆盖阱层生长条件一样，停止通入TMIn和TEGa，升高生长温度或者通入H2，生长预覆盖垒层。
优选地，在生长预覆盖阱层611的步骤包括：生长预覆盖阱层：在纯氮气的条件下，保持生长压力为280-320mbar，通入流量为1.60×10-5～1.85×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为30～40升/分钟的NH3，通入流量为3.99×10-5～5.7×10-5摩尔/分钟的TMIn，生长厚度为4～8纳米的预覆盖阱层；生长预覆盖垒层：保持各种条件和预覆盖阱层生长条件一样，停止通入TMIn 和TEGa，提高生长温度30～70℃或者通入1000sccm～5000sccm的H2，将预覆盖阱层的上部中In烤掉，形成厚度为2～4纳米预覆盖垒层。这样就形成了厚度为4～6纳米预覆盖阱层和厚度为2～4纳米预覆盖垒层。
在上述步骤中分别生成掺杂In的预覆盖阱层以及预覆盖垒层，在生产预覆盖阱层与预覆盖垒层的交替过程中通过温度的变换或者H2的加入，在生长预覆盖垒层的过程中将预覆盖垒层上部的In烤掉，形成预覆盖垒层，在预覆盖垒层中形成由若干个InGaN量子点。这些InGaN量子点的形成有利于增加了生长在预覆盖层上的阱层的InGaN量子点的数目进而增加了外延片的内部量子效应，减少了大电流下发生DROOP效率。
以下将结合具体实施例1-6以及对比例1进一步说明本发明申请的有益效果。
原料：采用高纯H2或高纯N2或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)、TEGa作为镓源，TMIn作为铟源，N型掺杂剂为硅烷(SiH4)，P型掺杂剂为二茂镁(Cp2Mg)，P型铝镓氮层的铝掺杂剂为三甲基铝(TMAl)，衬底为(0001)面蓝宝石。
实施例1
制备方法如下：
(1)将蓝宝石衬底装入反应室中，在H2的气氛下，1100℃的高温下对衬底进行热处理500s，去除表面H2O和O2，降温到600℃，通入NH3对衬底进行氮化处理100s-200s。
(2)温度将至550℃，生长厚度25nm的GaN缓冲层，随后升温至1050℃，使GaN缓冲层重结晶。
(3)升高温度至1100℃，在GaN缓冲层上持续生长2.5μm的不掺杂氮化镓层(uGaN)；保持温度，在不掺杂氮化镓层上持续生长2.2μm的n型掺Si的氮化镓层(n-GaN)；
(4)温度降至920℃，通入流量为2.26×10-4摩尔/分钟的TMGa，流量3.3升/分钟的NH3，流量非常少的SiH4，在n-GaN上生长第一垒层(First_Barrier)。
(5)在First_Barrier层上生长低掺杂In的高温量子阱层(HT-MQW层)，具体生长方式如下：HT-MQW由3个周期的高温阱层和高温垒层组成。
生长高温阱层：在纯氮气的条件下，保持温度和First Barrier一样，通入流量为1.26×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为33升/分钟的NH3，通入流量为3.60×10-5摩尔/分钟的TMIn生长厚度为2纳米的高温阱层；
生长高温垒层：保持温度和First Barrier一样，通入流量为2.4×10-4摩尔/分钟的TMGa，通入流量为33升/分钟的NH3，通入少量的SiH4，生长厚度为50纳米的高温Barrier层。
(6)温度降至770℃，在HT-MQW上生长高掺杂In的低温量子阱层(LT-MQW层)，LT-MQW层是由10个周期的覆盖层(pre-cap层)，阱层、垒层组成，具体如下：
生长覆盖层：由1个周期的预覆盖阱层和预覆盖垒层组成。
生长预覆盖阱层：在纯氮气的条件下，保持生长压力和HT-MQW一样，即300mbar，通入流量为1.76×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为33升/分钟的NH3，通入流量为3.99×10-5摩尔/分钟的TMIn，生长厚度为4纳米的预覆盖阱层。
生长预覆盖垒层：保持各种条件和预覆盖阱层生长条件一样，停止通入TMIn和TEGa，提高生长温度30℃，从而把预覆盖阱层表面的大部分In都烤掉，形成厚度为2纳米的预覆盖阱层和生长厚度为2纳米的预覆盖垒层。
生长低温阱层：温度降至755℃，在纯氮气的条件下，保持生长压力为300mbar，通入流量为2.26×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为7.42摩尔/分钟的TMIn，通入流量33升/分钟的NH3，生长厚度为3纳米的低温阱层。
生长垒层：温度升至850℃，保持生长压力300mbar，关闭TMIn，通入流量1×10-4摩尔/分钟的TEGa，通入流量33升/分钟的NH3，生长厚度8nm垒层。
(7)温度升高至950℃-1050℃，在LT-MQW上生长pAlGaN层，具体生长条件是：在纯氮气的氛围下，压力降为150mbar，通入流量为1.92×10-4摩尔/分钟的TMGa，通入流量为5.08×10-5摩尔/分钟的TMAl，通入流量为6.21×10-5的Cp2Mg，生长厚度为20～50纳米的pAlGaN层。
(8)P-GaN层具体生长条件为：在纯H2的氛围下，保持压力150mbar，将温度生长1100℃，通入流量为2.88×10-4摩尔/分钟的TMGa，通入流量为2.36摩尔/分钟的Cp2Mg，生长厚度为270纳米的镜面p-GaN层。
(9)最后将外延片在650℃的N2气氛下退火15分钟。
实施例2
制备方法：与实施例1相同，其中步骤(6)中生长覆盖层的步骤如下：
生长预覆盖阱层：在纯氮气的条件下，保持生长压力为300mbar，通入流量为1.76×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为33升/分钟的NH3，通入流量为5.7×10-5摩尔/分钟的TMIn，生长厚度为10纳米的预覆盖阱层。
生长预覆盖垒层：保持各种条件和预覆盖阱层生长条件一样，停止通入TMIn和TEGa，提高生长温度70℃，从而把预覆盖阱层表面的大部分In都烤掉，从而形成厚度为10纳米的预覆盖阱层和生长厚度为4纳米的预覆盖垒层。预覆盖层中预覆盖阱层与预覆盖垒层的循环周期为2周期。
实施例3
制备方法：与实施例1相同，其中步骤(6)中生长覆盖层的步骤如下：
生长预覆盖阱层：在纯氮气的条件下，保持生长压力为300mbar，通入流量为1.76×10-5 摩尔/分钟的TEGa，通入流量为33升/分钟的NH3，通入流量为4.5×10-5摩尔/分钟的TMIn，生长厚度为8纳米的预覆盖阱层。
生长预覆盖垒层：保持各种条件和预覆盖阱层生长条件一样，停止通入TMIn和TEGa，提高生长温度50℃，从而把预覆盖阱层表面的大部分In都烤掉，从而形成厚度为4纳米的预覆盖阱层和生长厚度为4纳米的预覆盖垒层。预覆盖层中预覆盖阱层与预覆盖垒层的循环周期为2周期。
实施例4
制备方法：与实施例1相同，其中步骤(6)中生长覆盖层的步骤如下：
生长预覆盖阱层：在纯氮气的条件下，保持生长压力和HT-MQW一样，即300mbar，通入流量为1.76×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为33升/分钟的NH3，通入流量为3.99×10-5摩尔/分钟的TMIn，生长厚度为4纳米的预覆盖阱层。
生长预覆盖垒层：保持各种条件和预覆盖阱层生长条件一样，停止通入TMIn和TEGa，通入1000sccm的H2，从而把预覆盖阱层表面的大部分In都烤掉，从而形成厚度为2纳米的预覆盖阱层和生长厚度为2纳米的预覆盖垒层。预覆盖层中预覆盖阱层与预覆盖垒层的循环周期为1周期。
实施例5
制备方法：与实施例1相同，其中步骤(6)中生长覆盖层的步骤如下：
生长预覆盖阱层：在纯氮气的条件下，保持生长压力为300mbar，通入流量为1.76×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为33升/分钟的NH3，通入流量为5.7×10-5摩尔/分钟的TMIn，生长厚度为10纳米的预覆盖阱层。
生长预覆盖垒层：保持各种条件和预覆盖阱层生长条件一样，停止通入TMIn和TEGa，通入5000sccm的H2，从而把预覆盖阱层表面的大部分In都烤掉，从而形成厚度为6纳米的预覆盖阱层和生长厚度为4纳米的预覆盖垒层。
预覆盖层中预覆盖阱层与预覆盖垒层的循环周期为2周期。
实施例6
制备方法：与实施例1相同，其中步骤(6)中生长覆盖层的步骤如下：
生长预覆盖阱层：在纯氮气的条件下，保持生长压力为300mbar，通入流量为1.76×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为33升/分钟的NH3，通入流量为4.5×10-5摩尔/分钟的TMIn，生长厚度为7纳米的预覆盖阱层。
生长预覆盖垒层：保持各种条件和预覆盖阱层生长条件一样，停止通入TMIn和TEGa，通入3000sccm的H2，从而把预覆盖阱层表面的大部分In都烤掉，从而形成厚度为4纳米的预覆盖阱层和生长厚度为3纳米的预覆盖垒层。
预覆盖层中预覆盖阱层与预覆盖垒层的循环周期为2周期。
对比例1
制备方法：与实施例1相同，其中步骤(6)中生长覆盖层的步骤如下：
在纯氮气的条件下，保持生长压力为300mbar，通入流量为1.76×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为33升/分钟的NH3，通入流量为2.5×10-5摩尔/分钟的TMIn，生长厚度为4纳米的预覆盖阱层。
试验论证：
将由本发明实施例1-6所制备的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片与对比例1所制备的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片分别在不同的电流密度下进行发光亮度以及droop效应的测试，测试结构如表1。
表1
由表1中数据可以看出，同样的电流密度下，由本发明实施例1-6所制备的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片的发光亮度明显高于由对比例1所制备的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片的发光亮度。而且，随着电流密度的不断增加，由本发明实施例1所制备的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片的光通量下降相对缓慢，进而减少了外延片的 DROOP效应。
为了更进一步证明由本发明所制备的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片与由对比例1所制备的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片相比的有益效果。对由本发明实施例1所制备的LED外延片与对比例1所制备的LED外延片进行不同电流密度下的发光亮度比对。结果请参见图4，在图4中横坐标代表电流密度，相连两组电流密度之间相差20A；纵坐标代表发光亮度。
由图4可以明显看出由本发明实施例1所制备的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片的发光亮度明显高于由对比例1所制备的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片的发光亮度。而且，随着电流密度的不断增加，由本发明实施例1所制备的氮化镓基III-V族化合物半导体LED外延片的光通量下降相对缓慢，进而减少了外延片的DROOP效应。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种氮化镓基Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体LED外延片的生长方法，包括：
生长第一垒层（4）；
在所述第一垒层（4）上生长低掺杂In的高温量子阱层（5）以及
在所述高温量子阱层（5）上生长高掺杂In的低温量子阱层（6）；
所述生长高温量子阱层（5）的步骤包括：
在所述第一垒层（4）上生长高温阱层；
在所述高温阱层上生长所述高温垒层，
所述生长低温量子阱层（6）的步骤包括：
在所述高温量子阱层（5）上生长预覆盖层（61）；
在所述预覆盖层（61）上生长低温阱层（62）；
在所述低温阱层（62）上生长所述低温垒层（63），
其特征在于，
生长所述预覆盖层（61）的步骤包括：
生长掺杂In的预覆盖阱层（611）；
在所述预覆盖阱层（611）上生长预覆盖垒层（613）。
2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，生长所述预覆盖层（61）的步骤进一步包括：循环生长所述预覆盖阱层（611）和所述预覆盖垒层（613），循环生长的周期为1～3个周期。
3.根据权利要求2所述的生长方法，其特征在于，生长所述预覆盖阱层（611）的步骤包括：
生长预覆盖阱层：在纯氮气的条件下，保持生长压力为280-320mbar，通入TEGa和NH3，以及TMIn，TMIn的通入量位于所述高温阱层与所述低温阱层（62）生产过程中TMIn的通入量之间；
生长预覆盖垒层：保持各种条件和预覆盖阱层生长条件一样，停止通入TMIn和TEGa，升高生长温度或者通入H2，形成预覆盖垒层。
4.根据权利要求3所述的生长方法，其特征在于，生长所述预覆盖阱层（611）的步骤包括：
生长预覆盖阱层：在纯氮气的条件下，保持生长压力为280-320mbar，通入流量为1.60×10-5～1.85×10-5摩尔/分钟的TEGa，通入流量为30～40升/分钟的NH3，通入流量为3.99×10-5～5.7×10-5摩尔/分钟的TMIn，生长厚度为4～10纳米的预覆盖阱层；
生长预覆盖垒层：保持各种条件和预覆盖阱层生长条件一样，停止通入TMIn和TEGa，提高生长温度30～70℃或者通入1000sccm～5000sccm的H2，形成厚度为2～4纳米预覆盖垒层。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109860345A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-06-07 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延结构生长方法 |
Families Citing this family (8)
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|---|---|---|---|---|
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| CN104900778B (zh) * | 2015-05-18 | 2018-01-09 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片的生长方法及外延片 |
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| CN109830578B (zh) * | 2019-02-18 | 2020-06-09 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延结构的生长方法 |
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1905222A (zh) * | 2006-07-26 | 2007-01-31 | 武汉华灿光电有限公司 | 一种避免或减少蓝绿光发光二极管材料的v－型缺陷的方法 |
| CN101645480A (zh) * | 2009-06-22 | 2010-02-10 | 武汉华灿光电有限公司 | 一种提高氮化镓基发光二极管抗静电能力的方法 |
| CN101980384A (zh) * | 2010-09-27 | 2011-02-23 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种氮化镓基ⅲ-ⅴ族化合物半导体led外延片及其生长方法 |
| CN101980383A (zh) * | 2010-09-27 | 2011-02-23 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种氮化镓基ⅲ-ⅴ族化合物半导体led外延片及其生长方法 |
| CN102044606A (zh) * | 2009-10-22 | 2011-05-04 | 大连美明外延片科技有限公司 | 一种led外延片及其外延生长方法 |
| CN102064254A (zh) * | 2010-11-10 | 2011-05-18 | 中国科学院半导体研究所 | 高质量氮化镓系发光二极管 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1905222A (zh) * | 2006-07-26 | 2007-01-31 | 武汉华灿光电有限公司 | 一种避免或减少蓝绿光发光二极管材料的v－型缺陷的方法 |
| CN101645480A (zh) * | 2009-06-22 | 2010-02-10 | 武汉华灿光电有限公司 | 一种提高氮化镓基发光二极管抗静电能力的方法 |
| CN102044606A (zh) * | 2009-10-22 | 2011-05-04 | 大连美明外延片科技有限公司 | 一种led外延片及其外延生长方法 |
| CN101980384A (zh) * | 2010-09-27 | 2011-02-23 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种氮化镓基ⅲ-ⅴ族化合物半导体led外延片及其生长方法 |
| CN101980383A (zh) * | 2010-09-27 | 2011-02-23 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种氮化镓基ⅲ-ⅴ族化合物半导体led外延片及其生长方法 |
| CN102064254A (zh) * | 2010-11-10 | 2011-05-18 | 中国科学院半导体研究所 | 高质量氮化镓系发光二极管 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109860345A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-06-07 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延结构生长方法 |
| CN109860345B (zh) * | 2019-01-18 | 2020-01-10 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延结构生长方法 |
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