本發(fā)明屬于半導體光電器件技術領域，具體涉及周期性正弦量子阱耦合調控增強型gan基發(fā)光二極管。

背景技術：

自發(fā)光二極管（led）被發(fā)明以來，已經(jīng)被市場證明為一種具有巨大潛力的發(fā)光器件，可廣泛應用于背光源、植物工廠和通用照明等領域。gan作為目前實現(xiàn)商用led的源材料，一直都受到了各個國家廣泛的關注和投入，同時也被一些發(fā)達國家定位為戰(zhàn)略性新興材料。目前世界led市場競爭激烈，中國的led企業(yè)在國際大環(huán)境中面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)。面對國際大廠如歐司朗、日亞化學等著名企業(yè)的競爭，國內的led企業(yè)應該從核心技術出發(fā)開展研究，提升自身的核心技術，這樣才能在激烈的市場競爭中獲得一席之地。對于商用led來說，因為量子阱是電子和空穴復合發(fā)光的有源層，所以整個led結構中多量子阱層的生長至關重要的。目前在gan基發(fā)光二極管的多量子阱中，阱層的材料是inxga1-xn。但是由于inn和gan的物理特性（晶格常數(shù)、熱導率系數(shù)、極性強弱、化學鍵能等）相差較大，量子阱中的缺陷密度往往較高，形成非輻射復合中心，降低了led的發(fā)光效率；另外多量子阱中各阱層中空穴和電子的復合并沒有關聯(lián)，不利于實現(xiàn)載流子級聯(lián)振蕩耦合，從而發(fā)光效率得不到進一步提升。因此，有必要提出一種正弦周期性量子阱耦合調控增強型gan基發(fā)光二極管。

技術實現(xiàn)要素：

針對以上技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光效率高的正弦量子阱耦合增強型gan基發(fā)光二極管。

本發(fā)明提供的正弦量子阱耦合增強型gan基發(fā)光二極管，包括襯底1、襯底上面的緩沖層2、n型gan層3，在n型gan層上面的inxga1-xn/gan多量子阱4（記為mqws），在多量子阱層上面的p型gan層5，在p型層和n型層上的金屬接觸電極6；其中，多量子阱層中阱層由in組份具有周期正弦波形狀變化的inxga1-xn組成，壘層則由gan組成。

進一步地，所述的襯底1可為藍寶石（al2o3）、單晶硅（si）、單晶氮化鎵（gan）、單晶砷化鎵（gaas）和單晶碳化硅（sic）等。

進一步地，所述的緩沖層2可以是gan、aln、algan、inalgan中的一種或多種組合材料組成。

進一步地，所述的n型gan層通過摻si或ge實現(xiàn)，載流子濃度控制在10¹⁶cm^-3~10²⁰cm^-3之間，厚度為50nm~5μm。

進一步地，所述的多量子阱（mqws）對數(shù)為3~15對，由具有in組份周期正弦波形狀變化的inxga1-xn/gan組成，通過調節(jié)量子阱層中的in組份周期性變化，形成周期性的富in組份聚集區(qū)，使相鄰量子阱間的載流子形成強烈耦合，調節(jié)能帶結構；inxga1-xn阱層中調制的in組份波動不超過發(fā)光主波長特定in組份的20%。

本結構具有以下三個優(yōu)勢：1，形成周期性的富in組份聚集區(qū)，降低載流子非輻射復合效率；2，相鄰量子阱間的載流子形成強烈耦合，有利于載流子的集體振蕩，提升輻射復合效率；3，調節(jié)能帶結構，減低極化效應，提升量子阱中電子和空穴的波函數(shù)交疊，最終實現(xiàn)發(fā)光二極管的發(fā)光強度和量子效率大幅度提升。

進一步地，所述的多量子阱層中的inxga1-xn層的具有周期性應力。

進一步地，所述的p型gan層通過摻mg或zn實現(xiàn)，載流子濃度控制在10¹⁶cm^-3~10¹⁹cm^-3之間，厚度為50nm~500nm。

進一步地，所述的接觸金屬電極為鈦ti、鉑pt、金au、銀ag、鋁al等單層金屬或金屬復合層；接觸電極層的厚度為30nm~500nm，然后在接觸電極上再蒸鍍一層10nm~500nm厚的金au層，起到防止接觸金屬氧化和優(yōu)化導電性能的作用。

上述正弦量子阱耦合增強型gan基發(fā)光二極管的制備方法，包括如下步驟：

①在生長前先對襯底進行清洗，si襯底的清洗步驟為：先在硫酸h2so4和雙氧水h2o2中清洗1min~5min，接著在氫氟酸hf中清洗1min~3min，把si表面的sio2氧化層腐蝕掉，緊接著在氨水nh3.h2o和雙氧水h2o2中清洗3min~15min，再繼續(xù)在氫氟酸hf中清洗1min~3min，最后在鹽酸hcl中清洗3min~15min，用去離子水沖干凈，用氮氣槍吹干然后裝入生長腔直接生長；al2o3、gan襯底和sic襯底則不需要生長前清洗；

②在襯底處理完后，開始緩沖層的生長，根據(jù)生長方法的不同，可用的方法包括磁控濺射法（sputter）、分子束外延法（mbe）、金屬有機氣相沉積法（mocvd）和激光脈沖沉積法（pld）；

③生長完緩沖層后，開始n型gan層的生長，其厚度可通過生長時間的長短控制，摻雜元素為si或ge；接著開始多量子阱inxga1-xn/gan層的生長，通過控制生長的襯底溫度周期正弦函數(shù)變化來控制阱層中in組份的含量；接著開始p型gan層的生長，摻雜元素為mg或zn；根據(jù)生長方法的不同，可用的方法包括磁控濺射法（sputter）、分子束外延法（mbe）、金屬有機氣相沉積法（mocvd）和激光脈沖沉積法（pld）；

④薄膜制備完后先用丙酮、異丙醇ipa（丙醇）等化學試劑對薄膜的表面進行清洗，得到干凈的表面；然后用光學掩膜的方法在薄膜上面做圖案，把需要刻蝕的部分裸露出來，不需要刻蝕的部分則用光刻膠覆蓋，然后采用標準icp刻蝕的方法把裸露部分的p型層和多量子阱層刻蝕掉，使部分n型層裸露出來；

⑤再次把刻蝕完的樣品用丙酮、異丙醇（ipa）和去離子水清洗干凈，然后進行光刻掩膜，用電子束蒸鍍（熱蒸發(fā)）的方法在樣品上面鍍上金屬電極，所制備的電極包括所提及的各種金屬，根據(jù)所需接觸的不同進行選擇。

附圖說明

圖1：本發(fā)明的正弦量子阱耦合增強型gan基發(fā)光二極管的結構示意圖。

圖2：多量子阱的結構示意圖。

圖3：量子阱的阱層能帶結構的示意圖。

圖中標號：1為襯底，2為緩沖層，3為n型gan層，4為inxga1-xn/gan多量子阱層，5為p型gan層，6為金屬接觸電極。

具體實施方式

實施例1，一種如圖1所示的一種正弦量子阱耦合增強型gan基發(fā)光二極管，包括襯底1、襯底上面的緩沖層2、n型gan層3，；在n型gan層上面的inxga1-xn/gan多量子阱4，在多量子阱層上面的p型gan層5，在p型層和n型層上的金屬接觸電極6。

本實施例中薄膜層生長采用分子束mbe外延的方法，具體制備方法如下：

1）在生長前先對襯底進行清洗，其中si襯底的清洗步驟為：先在硫酸h2so4和雙氧水h2o2中清洗1min~5min，接著在氫氟酸hf中清洗1min~3min，把si表面的sio2氧化層腐蝕掉，緊接著進一步在氨水nh3.h2o和雙氧水h2o2中清洗3min~15min，接著再繼續(xù)在氟酸hf中清洗1min~3min，最后在鹽酸hcl中清洗3min~15min后用去離子水沖干凈，在氮氣槍下吹干后裝入生長腔直接生長。al2o3、gan、sic、gaas單晶襯底則不需要生長前清洗。

2）開始緩沖層的生長,各固體源的束流可通過控制固態(tài)源的加熱溫度來調節(jié)或者激光的脈沖功率來調節(jié)，氣體源或金屬有機源則通過質量流量計來控制；緩沖層的厚度為10nm~500nm，厚度可通過生長時間精確控制。

3）生長完緩沖層后，開始n型gan層的生長，摻雜元素為si或ge，固體源的束流可通過控制固態(tài)源的加熱溫度或者激光的脈沖功率來調節(jié)，金屬有機源或氣體源則通過質量流量計來控制；n型gan層的厚度為50nm~5μm，厚度可通過生長時間的長短精確控制。

4）生長完n型gan層后，接著采著生長inxga1-xn/gan多量子阱層，阱層inxga1-xn中的in組份通過控制襯底溫度周期正弦波函數(shù)形狀變化來調控，固體源的束流可通過控制固態(tài)源的加熱溫度或者激光的脈沖功率來調節(jié)，金屬有機源或氣體源則通過質量流量計來控制。

5）生長完inxga1-xn/gan多量子阱層后，接著開始p型gan層的生長，摻雜元素為mg、ga或zn等，固體源的束流可通過控制固態(tài)源的加熱溫度或者激光的脈沖功率來調節(jié)，氣體源則通過質量流量計來控制；p型層的厚度為10nm~500nm，厚度可通過生長時間的長短控制。

6）薄膜制備完后先后用丙酮、異丙醇ipa（丙醇）等化學試劑對薄膜的表面進行清洗，以得到干凈的表面；然后用光學掩膜的方法在薄膜上面做圖案，把需要刻蝕的部分裸露出來，不需要刻蝕的部分則用光刻膠覆蓋，然后采用標準icp刻蝕的方法把p型層和多量子阱層刻蝕掉，使部分n型層裸露出來。

7）刻蝕完的樣品用丙酮、異丙醇（ipa）和去離子水清洗干凈。然后進行光刻掩膜，用電子束蒸鍍（熱蒸發(fā)）的方法在其上面鍍上金屬電極，完成器件的制備，所制備的電極包括權利要求7所提及的各種金屬。

實施例2，緩沖層、n型gan層、inxga1-xn/gan多量子阱層、p型gan層通過金屬有機氣相沉積（mocvd）的方法來實現(xiàn)。

實施例3，緩沖層、n型gan層、inxga1-xn/gan多量子阱層、p型gan層通過脈沖激光沉積（pld）的方法來實現(xiàn)。

實施例4，緩沖層、n型gan層、inxga1-xn/gan多量子阱層、p型gan層通過磁控濺射（sputter）的方法來實現(xiàn)。