提高发光效率的GaN基LED外延片及其制备与应用

摘要

本发明涉及一种提高发光效率的GaN基LED外延片及其制备与应用。使用掺镁的铟镓氮和掺镁的氮化镓的多周期重复结构来代替传统的P型掺镁氮化镓层，一方面利用铟镓氮和氮化镓的极化效应产生较高的载流子浓度，不需要再次进行氮气退火。另一方面利用铟镓氮和氮化镓的多周期重复结构产生的表面空洞实现表面粗化，提高了氮化镓发光二极管的发光效率。

主权项

一种氮化镓基LED外延片的制备方法，采用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）法，在蓝宝石或碳化硅衬底上依次生长氮化镓、氮化铝或铝镓氮缓冲层，非掺杂氮化镓层，N型氮化镓层，多量子阱结构或铟镓氮层，掺镁的铝镓氮层，其特征在于，在掺镁的铝镓氮层表面生长掺镁的铟镓氮和掺镁的氮化镓的多周期重复结构，所述的掺镁的铟镓氮和掺镁的氮化镓的多周期重复结构生长温度600‑900℃，生长速率为0.5nm/min‑50nm/min；镁掺杂浓度均为1×10¹⁹‑5×10²⁰/cm^‑3，掺镁的铟镓氮层的厚度为1nm‑8nm，掺镁的氮化镓层的厚度为5nm‑20nm，重复周期为10‑70；步骤如下：（1）将蓝宝石或碳化硅衬底放入MOCVD设备的反应室中，在氢气气氛下加热到1000‑1150℃，处理5‑15分钟；（2）在步骤（1）处理好的衬底上按现有技术生长氮化镓、氮化铝或铝镓氮缓冲层；（3）在上述的缓冲层上按现有技术依次生长非掺杂氮化镓和N型氮化镓，生长温度为1000‑1100℃，生长层厚度为：非掺杂氮化镓层2μm，N型氮化镓层3μm；其中N型氮化镓的硅掺杂浓度为1×10¹⁸‑1×10¹⁹/cm^‑3；（4）在上述的N型氮化镓层上生长多量子阱结构，阱层为铟镓氮材料，垒层为氮化镓材料，生长温度为650‑900℃，多量子阱生长重复周期为5‑20；或者，在上述的N型氮化镓层上生长铟镓氮层，铟镓氮层厚度为12～13nm，生长温度750－800℃；（5）在上述的多量子阱结构上或铟镓氮层上生长掺镁的铝镓氮层，掺镁的铝镓氮层厚度为10‑100nm，镁掺杂浓度为1×10¹⁹‑1×10²⁰/cm^‑3；（6）在上述的掺镁的铝镓氮层表面生长掺镁的铟镓氮和掺镁的氮化镓的多周期重复结构，生长温度600‑900℃，镁掺杂浓度为1×10¹⁹‑5×10²⁰/cm^‑3，掺镁的铟镓氮层的厚度为1nm‑8nm，掺镁的氮化镓层的厚度为5nm‑20nm，生长重复周期为10‑70，掺镁的铟镓氮和掺镁的氮化镓的多周期重复结构的生长速率为0.5nm/min‑50nm/min。