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 【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 -4 -4 Barrier 一样， 通入流量为 2.0×10 -2.8×10 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 -5 -5 1.50×10 -1.88×10 摩尔 / 分钟的 TEGa， 通入流量为 30-35 升 / 分钟的 NH3， 通入流量为 -5 2.0-3.0×10 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 -5 -5 300mbar， 通入流量为 2.15×10 -2.45×10 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 -4 -4 0.8×10 -1.2×10 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 -5 -5 6.08×10 -6.40×10 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 -4 -4 升高至 1100-1200 ℃， 通入流量为 1.65×10 -3.22×10 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 -5 -5 下， 保持生长压力为 280-320mbar， 通入流量为 1.60×10 ～ 1.85×10 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 -5 -5 下， 保持生长压力为 280-320mbar， 通入流量为 1.60×10 ～ 1.85×10 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 -5 1.26×10 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， -5 通入流量为 1.76×10 摩尔 / 分钟的 TEGa， 通入流量为 33 升 / 分钟的 NH3， 通入流量为 -5 3.99×10 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 -5 入流量为 2.26×10 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 -4 纯氮气的氛围下， 压力降为 150mbar， 通入流量为 1.92×10 摩尔 / 分钟的 TMGa， 通入流量 -5 -5 为 5.08×10 摩尔 / 分钟的 TMAl， 通入流量为 6.21×10 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 -4 1100℃， 通入流量为 2.88×10 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 -5 1.76×10 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， -5 通入流量为 1.76×10 摩尔 / 分钟的 TEGa， 通入流量为 33 升 / 分钟的 NH3， 通入流量为 -5 3.99×10 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 -5 1.76×10 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 -5 1.76×10 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。